JP3219217B2 - Positioning method and apparatus, and exposure method and apparatus - Google Patents

Positioning method and apparatus, and exposure method and apparatus

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JP3219217B2
JP3219217B2 JP00890593A JP890593A JP3219217B2 JP 3219217 B2 JP3219217 B2 JP 3219217B2 JP 00890593 A JP00890593 A JP 00890593A JP 890593 A JP890593 A JP 890593A JP 3219217 B2 JP3219217 B2 JP 3219217B2
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば統計処理により
算出した配列座標に基づいてウエハの各ショット領域上
に順次レチクルのパターン像を転写する投影露光装置に
おいて、ウエハの各ショット領域を順次位置合わせする
場合に適用して好適な位置合わせ方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus for sequentially transferring a reticle pattern image onto each shot area of a wafer based on, for example, array coordinates calculated by statistical processing. The present invention relates to a suitable alignment method applied to the case of alignment.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレ
チクル(以下「レチクル」と総称する)のパターン像を
投影光学系を介して感光材が塗布されたウエハ上の各シ
ョット領域に投影する投影露光装置が使用されている。
この種の投影露光装置として近年は、ウエハを2次元的
に移動自在なステージ上に載置し、このステージにより
ウエハを歩進(ステッピング)させて、レチクルのパタ
ーン像をウエハ上の各ショット領域に順次露光する動作
を繰り返す、所謂ステップ・アンド・リピート方式の露
光装置、特に、縮小投影型の露光装置(ステッパー)が
多用されている。
2. Description of the Related Art When a semiconductor element or a liquid crystal display element is manufactured by a photolithography process, a photosensitive material is applied to a pattern image of a photomask or a reticle (hereinafter collectively referred to as a "reticle") via a projection optical system. A projection exposure apparatus for projecting each shot area on a wafer is used.
In recent years, as this type of projection exposure apparatus, a wafer is mounted on a two-dimensionally movable stage, and the wafer is moved (stepped) by this stage, and a pattern image of a reticle is transferred to each shot area on the wafer. A so-called step-and-repeat type exposure apparatus, in particular, a reduction projection type exposure apparatus (stepper) is frequently used.

【0003】例えば半導体素子はウエハ上に多数層の回
路パターンを重ねて形成されるので、2層目以降の回路
パターンをウエハ上に投影露光する際には、ウエハ上の
既に回路パターンが形成された各ショット領域とレチク
ルのパターン像との位置合わせ、即ちウエハとレチクル
との位置合わせ(アライメント)を精確に行う必要があ
る。従来のステッパー等におけるウエハの位置合わせ方
法は、概略次のようなものである(例えば特開昭61−
44429号公報参照)。
[0003] For example, since a semiconductor element is formed by superposing a large number of circuit patterns on a wafer, when projecting and exposing the circuit patterns of the second and subsequent layers onto the wafer, the circuit pattern is already formed on the wafer. It is necessary to accurately align each shot area with the reticle pattern image, that is, the alignment (alignment) between the wafer and the reticle. A conventional method of aligning a wafer in a stepper or the like is roughly as follows (for example, see Japanese Unexamined Patent Publication No.
No. 44429).

【0004】即ち、ウエハ上には、ウエハマークと呼ば
れる位置合わせ用のマークをそれぞれ含む複数のショッ
ト領域(チップパターン)が形成されており、これらシ
ョット領域は、予めウエハ上に設定された配列座標に基
づいて規則的に配列されている。しかしながら、ウエハ
上の複数のショット領域の設計上の配列座標値(ショッ
ト配列)に基づいてウエハをステッピングさせても、以
下のような要因により、ウエハが精確に位置合わせされ
るとは限らない。
That is, a plurality of shot areas (chip patterns) each including a positioning mark called a wafer mark are formed on a wafer, and these shot areas are arranged at predetermined coordinates on the wafer. Are arranged regularly based on However, even if the wafer is stepped on the basis of the designed arrangement coordinate values (shot arrangement) of a plurality of shot areas on the wafer, the wafer is not always accurately aligned due to the following factors.

【0005】(1) ウエハの残存回転誤差θ (2) ステージ座標系(又はショット配列)の直交度誤差
w (3) ウエハの線形伸縮(スケーリング)Rx,Ry (4) ウエハ(中心位置)のオフセット(平行移動)O
x,Oy
(1) The residual rotation error θ of the wafer (2) The orthogonality error w of the stage coordinate system (or shot arrangement) w (3) The linear expansion / contraction (scaling) Rx, Ry of the wafer (4) The wafer (center position) Offset (translation) O
x, Oy

【0006】この際、これら4個の誤差量(6個のパラ
メータ)に基づくウエハの座標変換は一次変換式で記述
できる。そこで、ウエハマークを含む複数のショット領
域が規則的に配列されたウエハに対し、このウエハ上の
座標系(x,y)を静止座標系としてのステージ上の座
標系(X,Y)に変換する一次変換モデルを、6個の変
換パラメータa〜fを用いて次のように表現することが
できる。
At this time, the coordinate transformation of the wafer based on these four error amounts (six parameters) can be described by a linear transformation equation. Therefore, for a wafer in which a plurality of shot areas including a wafer mark are regularly arranged, the coordinate system (x, y) on the wafer is converted into a coordinate system (X, Y) on the stage as a stationary coordinate system. Can be expressed as follows using the six conversion parameters a to f.

【0007】[0007]

【数1】 (Equation 1)

【0008】この変換式における6個の変換パラメータ
a〜fは、例えば最小自乗近似法により求めることがで
きる。この場合、ウエハ上の複数のショット領域(チッ
プパターン)の中から幾つか選び出されたショット領域
の各々に付随した座標系(x,y)上の設計上の座標が
それぞれ(x1,y1)、(x2,y2)、‥‥、(x
n,yn)であるウエハマークに対して所定の基準位置
への位置合わせ(アライメント)を行う。そして、その
ときのステージ上の座標系(X,Y)での座標値(xM
1,yM1)、(xM2,yM2)、‥‥、(xMn,
yMn)を実測する。
The six conversion parameters a to f in this conversion equation can be obtained, for example, by the least squares approximation method. In this case, the design coordinates on the coordinate system (x, y) associated with each of several shot areas selected from a plurality of shot areas (chip patterns) on the wafer are (x1, y1). , (X2, y2), ‥‥, (x
(n, yn) to a predetermined reference position (alignment). Then, the coordinate value (xM) in the coordinate system (X, Y) on the stage at that time.
1, yM1), (xM2, yM2), ‥‥, (xMn,
yMn) is actually measured.

【0009】また、選び出されたウエハマークの設計上
の配列座標(xi,yi)(i=1,‥‥,n)を上述
の1次変換モデルに代入して得られる計算上の配列座標
(Xi,Yi)とアライメント時の計測された座標(x
Mi,yMi)との差(△x,△y)をアライメント誤
差と考える。この一方のアライメント誤差△xは例えば
(Xi−xMi)2 のiに関する和で表され、他方のア
ライメント誤差△yは例えば(Yi−yMi)2 のiに
関する和で表される。
The calculated array coordinates obtained by substituting the designed array coordinates (xi, yi) (i = 1, ウ エ ハ, n) of the selected wafer mark into the above-described primary conversion model. (Xi, Yi) and the coordinates (x
The difference (△ x, △ y) from (Mi, yMi) is considered as an alignment error. The one alignment error Δx is represented by, for example, the sum of (Xi−xMi) 2 with respect to i, and the other alignment error Δy is represented by, for example, the sum of (Yi−yMi) 2 with respect to i.

【0010】そして、それらアライメント誤差△x及び
△yを6個の変換パラメータa〜fで順次偏微分し、そ
の値が0となるような方程式をたてて、それら6個の連
立方程式を解けば6個の変換パラメータa〜fが求めら
れる。これ以降は、変換パラメータa〜fを係数とした
一次変換式を用いて計算した配列座標に基づいて、ウエ
ハの各ショット領域の位置合わせを行うことができる。
あるいは、一次変換式では近似精度が良好でない場合に
は、例えば2次以上の高次式を用いてウエハの位置合わ
せを行うようにしてもよい。
Then, the alignment errors △ x and △ y are partially differentiated sequentially with six conversion parameters a to f, an equation is set such that the value becomes 0, and the six simultaneous equations are solved. For example, six conversion parameters a to f are obtained. Thereafter, the alignment of each shot area of the wafer can be performed based on the array coordinates calculated using the primary conversion formulas using the conversion parameters a to f as coefficients.
Alternatively, when the approximation accuracy is not good in the linear conversion formula, the wafer may be aligned using, for example, a quadratic or higher-order formula.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、変換パラメータを求めるために選択された
ショット領域に属するウエハマークのステージ座標系上
での値はそれぞれ1つである。しかしながら、一般に各
ウエハマークの位置は、アライメント用の光を各ウエハ
マークに照射して得られた光を光電変換して得られる計
測信号に所定の処理を施すことにより求められるもので
あるため、閾値レベル等の信号処理条件によってそれら
ウエハマークのステージ座標系上での実測値は異なった
ものとなる。
In the prior art as described above, there is one value on the stage coordinate system for each wafer mark belonging to the shot area selected for obtaining the conversion parameter. However, in general, the position of each wafer mark is obtained by performing a predetermined process on a measurement signal obtained by photoelectrically converting light obtained by irradiating each wafer mark with alignment light, The actual measured values of the wafer marks on the stage coordinate system differ depending on signal processing conditions such as a threshold level.

【0012】例えば、ウエハマークから得られる計測信
号が計測方向に対して山型に変化する場合、或る閾値
(スライスレベル)でその計測信号をスライスして得ら
れる2個の交点の中間点をそのウエハマークの位置とす
る方法が考えられる。しかしながら、この方法において
は、その計測信号が計測方向に対称でないとすると、設
定する閾値により得られるウエハマークの位置が異なっ
てくる。そのため、最小自乗法により変換パラメータを
求める際に、各ウエハマークの実測位置としてどの値を
使用するかにより、求められる変換パラメータの値も異
なる。従って、最終的にどのような信号処理条件で求め
たウエハマークの位置を用いるかが問題となるが、従
来、信号処理条件はプロセス毎に例えば試行錯誤的に定
められていた。
For example, when a measurement signal obtained from a wafer mark changes in a chevron shape in the measurement direction, an intermediate point between two intersections obtained by slicing the measurement signal at a certain threshold (slice level) is determined. A method of setting the position of the wafer mark can be considered. However, in this method, if the measurement signal is not symmetric in the measurement direction, the position of the obtained wafer mark differs depending on the set threshold. Therefore, when the conversion parameter is obtained by the least square method, the value of the conversion parameter to be obtained differs depending on which value is used as the actually measured position of each wafer mark. Therefore, what kind of signal processing condition finally determines the position of the wafer mark to be used is a problem. Conventionally, the signal processing condition is determined for each process by trial and error, for example.

【0013】本発明は斯かる点に鑑み、処理対象とする
ウエハ上の選択されたショット領域に属する位置合わせ
用のマークの位置を予め実際に計測して得られた結果に
基づいて、統計処理により変換パラメータを求め、この
変換パラメータを用いて算出された計算上の配列座標に
基づいてウエハ上の各ショット領域の位置合わせを行う
位置合わせ方法において、実際に計測された位置合わせ
用のマークから得られる計測信号の信号処理条件を自動
的に最適化することを目的とする。
In view of the above, the present invention provides a statistical processing based on a result obtained by actually measuring the positions of alignment marks belonging to a selected shot area on a wafer to be processed in advance. In the alignment method of obtaining the conversion parameters according to the above and calculating the alignment coordinates of each shot area on the wafer based on the calculated array coordinates calculated using the conversion parameters, from the alignment marks actually measured, It is an object of the present invention to automatically optimize signal processing conditions of an obtained measurement signal.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明による位置合わせ
方法は、例えば図1及び図5に示すように、予め設定さ
れた配列情報に従って基板(W)上に規則的に配列され
た複数の被加工領域(ESi)の各々を、基板(W)の
移動位置を規定する静止座標系(X,Y)内の所定の加
工位置に対して順次位置合わせするに当たって、複数の
被加工領域(ESi)の内、予め選択された少なくとも
3つの被加工領域(SA1〜SA3)の静止座標系
(X,Y)上における位置情報を計測し、これら計測さ
れた複数の位置情報を統計計算することによって、基板
(W)上の複数の被加工領域(ESi)の各々の静止座
標系(X,Y)上における配列情報を算出し、これら算
出された複数の被加工領域(ESi)の各々の配列情報
に従って基板(W)の移動位置を制御することによっ
て、複数の被加工領域(ESi)の各々をその加工位置
に対して位置合わせする方法に関するものである。
Alignment method according to the invention According to an aspect of, for example, as shown in FIGS. 1 and 5, a preset of
Each of the plurality of processing regions (ESi) regularly arranged on the substrate (W) according to the obtained arrangement information is converted into a predetermined position in a stationary coordinate system (X, Y) for defining the movement position of the substrate (W). in registering sequential position relative to the working position, the plurality of the processing region (ESi), preselected at least three stationary coordinate system of the processing region (SA1~SA3) (X, Y) position on measured information, by statistical calculations these measured plurality of positional information have been, each stationary coordinate system of the substrate (W) a plurality of the processed region on the (ESi) (X, Y) of the sequence information on the By calculating and controlling the movement position of the substrate (W) according to the calculated arrangement information of each of the plurality of processed regions ( ESi ), each of the plurality of processed regions (ESi) is Align to machining position It relates to a method for.

【0015】そして、本発明は、予め選択された少なく
とも3つの被加工領域(SA1〜SA3)の静止座標系
(X,Y)上における位置情報を計測する際に、それら
被加工領域の測定対象物(位置合わせ用のマーク)から
得られる計測信号を第1の信号処理条件で処理して第1
の位置情報を求め、この第1の位置情報に基づいて、そ
の予め設定された配列情報からその静止座標系上の配列
情報を算出するための1組の第1変換パラメータを求め
(ステップ103,104)、その計測信号を、その第
1の信号処理条件とは異なる第2の信号処理条件で処理
して第2の位置情報を求め、この第2の位置情報に基づ
いてその予め設定された配列情報からその静止座標系上
の配列情報を算出するための1組の第2変換パラメータ
を求め(ステップ107,108,103,104)、
そのように求められた複数組の変換パラメータの内、何
れか1組の変換パラメータを所定条件に基づいて選択
し、その選択された1組の変換パラメータを用いて、基
板(W)上の複数の被加工領域(ESi)の各々の静止
座標系(X,Y)上における配列情報を算出するように
したものである(ステップ111)。この場合、その所
定条件は、一例としてその1組の変換パラメータ毎に、
この変換パラメータを用いて算出されたその静止座標系
上での位置情報と、その信号処理条件のもとで計測され
た位置情報との残留誤差成分を含み、その残留誤差成分
が最小となるときのその1組の変換パラメータを選択す
ることが望ましい。また、本発明の露光方法は、本発明
の位置合わせ方法を用いて算出された、その基板上の複
数の被加工領域の各々のその静止座標系上の配列情報を
用いて位置合わせがなされた基板上に、所定パターンを
転写するものである。また、本発明の位置合わせ装置
は、予め設定された配列情報に従って基板上に規則的に
配列された複数の被加工領域の各々を、その基板の移動
位置を規定する静止座標系内の所定の加工位置に対して
順次位置合わせするに当たって、その複数の被加工領域
の内、予め選択された少なくとも3つの被加工領域のそ
の静止座標系上における位置情報を計測し、該計測され
た複数の位置情報を統計演算することによって、その基
板上の複数の被加工領域の各々のその静止座標系におけ
る配列情報を算出し、このように算出された複数の被加
工領域の各々の配列情報に 従ってその基板の移動位置を
制御することによって、その複数の被加工領域の各々を
その加工位置に対して位置合わせする装置において、そ
の予め選択された少なくとも3つの被加工領域のその静
止座標系上における位置情報を計測する際に、その被加
工領域の測定対象物から得られる計測信号の信号処理条
件を種々に変えて、その被加工領域に関するその位置情
報を計測する計測手段と、その計測手段によりその信号
処理条件毎に計測されたその位置情報と、その予め設定
された配列情報とに基づいて、その予め設定された配列
情報からその静止座標系上の配列情報を算出するための
1組の変換パラメータを、その信号処理条件毎に算出す
る第1演算手段と、その算出された複数組の変換パラメ
ータのうち、何れか1組の変換パラメータを、所定条件
に基づいて選択する選択手段と、その選択された1組の
変換パラメータを用いて、その基板上の複数の被加工領
域の各々のその静止座標系上における配列情報を算出す
る第2演算手段とを有するものである。また、本発明に
よる露光装置は、本発明の位置合わせ装置により算出さ
れた、その基板上の複数の被加工領域の各々のその静止
座標系上の配列情報を用いて位置合わせがなされた基板
上に、所定パターンを転写するものである。
Further, according to the present invention, when measuring the position information of at least three pre-selected processing areas (SA1 to SA3) on the stationary coordinate system (X, Y), the measurement target of the processing areas is determined. The measurement signal obtained from the object (positioning mark) is processed under the first signal processing condition,
Position information, and based on the first position information,
From the preset array information of the array on its stationary coordinate system
Determining a set of first conversion parameters for calculating information;
(Steps 103 and 104), the measurement signal is
Processed under a second signal processing condition different from the first signal processing condition
To obtain the second position information, and based on the second position information,
From the preset array information on the stationary coordinate system.
Set of second conversion parameters for calculating sequence information of
(Steps 107, 108, 103, 104)
Of the multiple sets of conversion parameters obtained in that way,
Select one set of conversion parameters based on predetermined conditions
Then, using the selected set of conversion parameters, the arrangement information on the stationary coordinate system (X, Y) of each of the plurality of processing regions (ESi) on the substrate (W) is calculated. (Step 111). In this case,
The fixed condition is, for example, for each set of conversion parameters,
The static coordinate system calculated using this transformation parameter
Is measured under the above location information and its signal processing conditions.
Including the residual error component with the
Select the set of transformation parameters when is minimum
Is desirable. Also, the exposure method of the present invention
On the substrate, calculated using the alignment method
Array information on its stationary coordinate system for each of the
A predetermined pattern is formed on a substrate that has been aligned using
It is to be transcribed. Also, the positioning device of the present invention
Are regularly arranged on the board according to the preset sequence information.
Move each of the arrayed processing areas to the substrate
For a given machining position in the stationary coordinate system that defines the position
When sequentially aligning, the plurality of processing areas
Of at least three pre-selected work areas,
Position information on the stationary coordinate system of
Statistical calculation of multiple location information
In each of the plurality of work areas on the plate in its stationary coordinate system
Array information is calculated, and the plurality of
Each sequence information Engineering area thus the movement position of the substrate
By controlling, each of the plurality of processing regions
In a device that aligns with the processing position,
Of at least three pre-selected work areas
When measuring position information on a stationary coordinate system,
Signal processing strip of measurement signal obtained from the measurement object in the work area
The position of the area to be machined
Measurement means for measuring information and the signal
The position information measured for each processing condition and its preset
Based on the set sequence information and the preset sequence
To calculate the array information on the stationary coordinate system from the information
One set of conversion parameters is calculated for each signal processing condition.
First calculating means, and a plurality of sets of calculated conversion parameters.
One of the conversion parameters among the data
Means for selecting based on the
Using the conversion parameters, multiple processing areas on the substrate
Computes array information for each of the regions on its stationary coordinate system
And second operation means. In addition, the present invention
Exposure apparatus is calculated by the alignment apparatus of the present invention.
The rest of each of the plurality of processing areas on the substrate
Substrate aligned using coordinate information on the coordinate system
A predetermined pattern is transferred thereon.

【0016】[0016]

【作用】斯かる本発明によれば、例えば基板(W)上に
設定された座標系を試料座標系(x,y)として、予め
選択された少なくとも3つの被加工領域(SA1〜SA
3)の静止座標系(X,Y)上における座標位置を計測
する際の、それら被加工領域の測定対象物を位置合わせ
用のマークとする。そして、例えばその位置合わせ用の
マークから得られる計測信号を所定の閾値レベルでスラ
イスして得られる2個の交点の中点をその位置合わせ用
のマークの座標位置とみなすものとすると、その信号処
理条件の一例はその閾値レベルとなる。そこで、その閾
値レベルを種々に変えて位置合わせ用のマークの座標位
置を求め、その閾値レベル毎に複数の被加工領域(ES
i)の試料座標系(x,y)上の配列座標から静止座標
系(X,Y)上の配列座標を算出するための1組の変換
パラメータを求める。
According to the present invention, for example, on a substrate (W)
Using the set coordinate system as a sample coordinate system (x, y), at least three pre-selected work areas (SA1 to SA1)
When measuring the coordinate position on the stationary coordinate system (X, Y) in 3), the measurement object in the processed area is used as a positioning mark. If the midpoint between two intersections obtained by slicing the measurement signal obtained from the alignment mark at a predetermined threshold level is regarded as the coordinate position of the alignment mark, for example, the signal An example of the processing condition is the threshold level. Therefore, the coordinate position of the alignment mark is obtained by changing the threshold level in various ways, and a plurality of processing regions (ES
A set of conversion parameters for calculating the array coordinates on the stationary coordinate system (X, Y) is obtained from the array coordinates on the sample coordinate system (x, y) in (i).

【0017】その後、求められた複数組の変換パラメー
タのうち、何れか1組の変換パラメータを、所定条件に
基づいて選択し、この選択された1組の変換パラメータ
を用いて、基板(W)上の複数の被加工領域(ESi)
の各々の静止座標系(X,Y)上における配列情報を算
出する。これにより本発明では、信号処理条件を自動的
に最適化することができる。特に、その1組の変換パラ
メータ毎に、その算出された静止座標系(X,Y)上の
配列座標と、その信号処理条件のもとで計測された座標
位置との残留誤差成分を求め(ステップ105)、この
残留誤差成分が最小になるときのその1組の変換パラメ
ータを用いて、基板(W)上の複数の被加工領域(ES
i)の各々の静止座標系(X,Y)上における配列座標
を算出するようにした場合には(ステップ111)、閾
値レベル等の信号処理条件を最適化するための条件は、
残留誤差成分を最小にするという条件である。このよう
に残留誤差成分を最小にすることにより、位置合わせ精
度がより向上する。
Thereafter, the obtained plural sets of conversion parameters
One of the conversion parameters of the
And a plurality of processing regions (ESi) on the substrate (W) using the selected set of conversion parameters.
Each of the stationary coordinate system (X, Y) of calculating the sequence information on. As a result, in the present invention, the signal processing conditions are automatically set.
Can be optimized. In particular, the set of conversion parameters
For each meter, on the calculated stationary coordinate system (X, Y)
Array coordinates and coordinates measured under the signal processing conditions
A residual error component from the position is obtained (step 105).
The set of conversion parameters when the residual error component is minimized
Using the data, a plurality of processing regions (ES) on the substrate (W)
array coordinates on each stationary coordinate system (X, Y) of i)
Is calculated (step 111) , the conditions for optimizing the signal processing conditions such as the threshold level are as follows:
The condition is to minimize the residual error component. By minimizing the residual error component in this way, the positioning accuracy is further improved.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明の第1実施例につき図1〜図8
を参照して説明する。図2は本実施例の位置合わせ方法
を適用するのに好適な投影露光装置の概略的な構成を示
し、この図2において、超高圧水銀ランプ1から発生し
た照明光ILは楕円鏡2で反射されてその第2焦点で一
度集光した後、コリメータレンズ、干渉フィルター、オ
プティカルインテグレータ(フライアイレンズ)及び開
口絞り(σ絞り)等を含む照明光学系3に入射する。不
図示であるが、フライアイレンズはそのレチクル側焦点
面がレチクルパターンのフーリエ変換面(瞳共役面)と
ほぼ一致するように光軸AXと垂直な面内方向に配置さ
れている。
1 to 8 show a first embodiment of the present invention .
This will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a schematic configuration of a projection exposure apparatus suitable for applying the alignment method of this embodiment. In FIG. 2, the illumination light IL generated from the extra-high pressure mercury lamp 1 is reflected by the elliptical mirror 2. After being condensed once at the second focal point, the light enters the illumination optical system 3 including a collimator lens, an interference filter, an optical integrator (fly-eye lens), an aperture stop (σ stop), and the like. Although not shown, the fly-eye lens is arranged in an in-plane direction perpendicular to the optical axis AX such that its reticle-side focal plane substantially matches the Fourier transform plane (pupil conjugate plane) of the reticle pattern.

【0019】また、楕円鏡2の第2焦点の近傍には、モ
ーター38によって照明光ILの光路の閉鎖及び開放を
行うシャッター(例えば4枚羽根のロータリーシャッタ
ー)37が配置されている。なお、露光用照明光として
は超高圧水銀ランプ1等の輝線の他に、エキシマレーザ
(KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ等)等
のレーザ光、あるいは金属蒸気レーザやYAGレーザの
高調波等を用いても構わない。
A shutter (for example, a rotary shutter with four blades) 37 for closing and opening the optical path of the illumination light IL by a motor 38 is arranged near the second focal point of the elliptical mirror 2. In addition, as the illumination light for exposure, in addition to the bright line of the ultrahigh-pressure mercury lamp 1 or the like, a laser beam such as an excimer laser (KrF excimer laser, ArF excimer laser, or the like), or a harmonic of a metal vapor laser or a YAG laser is used. It does not matter.

【0020】図2において、照明光学系3を射出したレ
ジスト層を感光させる波長域の照明光(i線等)IL
は、その大部分がビームスプリッター4で反射された
後、第1リレーレンズ5、可変視野絞り(レチクルブラ
インド)6及び第2リレーレンズ7を通過してミラー8
に至る。そして、ミラー8でほぼ垂直下方に反射された
照明光ILが、メインコンデンサーレンズ9を介してレ
チクルRのパターン領域PAをほぼ均一な照度で照明す
る。レチクルブラインド6の配置面はレチクルRのパタ
ーン形成面と共役関係(結像関係)にあり、駆動系36
によりレチクルブラインド6を構成する複数枚の可動ブ
レードを開閉させて開口部の大きさ、形状を変えること
によって、レチクルRの照明視野を任意に設定すること
ができる。
In FIG. 2, illumination light (i-line or the like) IL in a wavelength region for exposing the resist layer emitted from the illumination optical system 3 to light.
Is reflected by the beam splitter 4, passes through a first relay lens 5, a variable field stop (reticle blind) 6 and a second relay lens 7, and passes through a mirror 8.
Leads to. Then, the illumination light IL reflected substantially vertically downward by the mirror 8 illuminates the pattern area PA of the reticle R with a substantially uniform illuminance via the main condenser lens 9. The arrangement surface of the reticle blind 6 has a conjugate relationship (image formation relationship) with the pattern formation surface of the reticle R, and the drive system 36
By opening and closing a plurality of movable blades constituting the reticle blind 6 to change the size and shape of the opening, the illumination field of the reticle R can be arbitrarily set.

【0021】本実施例のレチクルRにおいては、遮光帯
に囲まれたパターン領域PAの4辺のほぼ中央部にそれ
ぞれアライメントマークとしてのレチクルマークが形成
されている。これらレチクルマークの像をウエハWのレ
ジスト層上に投影することにより、そのレジスト層上に
それらレチクルマークの像が潜像として形成されるもの
である。また、本実施例ではそれらレチクルマークが、
ウエハWの各ショット領域とレチクルRとの位置合わせ
を行う際のアライメントマークとしても共用される。そ
れら4つのレチクルマークは同一構成(但し、方向は異
なる)であり、例えば或る1つのウエハマークは、Y方
向に配置された7個のドットマークから成る回折格子マ
ークを、X方向に所定間隔で5列配列したマルチマーク
である。それらウエハマークは、レチクルRの遮光帯中
に設けられた透明窓内にクロム等の遮光部により形成さ
れる。更に、レチクルRにはその外周付近に2個の十字
型の遮光性マークよりなるアライメントマークが対向し
て形成されている。これら2個のアライメントマーク
は、レチクルRのアライメント(投影光学系13の光軸
AXに対する位置合わせ)に用いられる。
In the reticle R of the present embodiment, reticle marks as alignment marks are formed at approximately the center of four sides of the pattern area PA surrounded by the light-shielding band. By projecting the images of these reticle marks on the resist layer of the wafer W, the images of the reticle marks are formed as latent images on the resist layer. In this embodiment, the reticle marks are
It is also used as an alignment mark when aligning each shot area of the wafer W with the reticle R. These four reticle marks have the same configuration (but in different directions). For example, one wafer mark is formed by forming a diffraction grating mark composed of seven dot marks arranged in the Y direction at a predetermined interval in the X direction. Are multi-marks arranged in five rows. These wafer marks are formed by a light shielding portion such as chrome in a transparent window provided in a light shielding band of the reticle R. Further, on the reticle R, an alignment mark composed of two cross-shaped light-shielding marks is formed near the outer periphery thereof so as to face each other. These two alignment marks are used for alignment of the reticle R (alignment of the projection optical system 13 with respect to the optical axis AX).

【0022】レチクルRは、モータ12によって投影光
学系13の光軸AXの方向に微動可能で、且つその光軸
AXに垂直な水平面内で2次元移動及び微小回転可能な
レチクルステージRS上に載置されている。レチクルス
テージRSの端部にはレーザ光波干渉測長器(レーザ干
渉計)11からのレーザビームを反射する移動鏡11m
が固定され、レチクルステージRSの2次元的な位置は
レーザ干渉計11によって、例えば0.01μm程度の
分解能で常時検出されている。レチクルRの上方にはレ
チクルアライメント系(RA系)10A及び10Bが配
置され、これらRA系10A及び10Bは、レチクルR
の外周付近に形成された2個の十字型のアライメントマ
ークを検出するものである。RA系10A及び10Bか
らの計測信号に基づいてレチクルステージRSを微動さ
せることで、レチクルRはパターン領域PAの中心点が
投影光学系13の光軸AXと一致するように位置決めさ
れる。
The reticle R is mounted on a reticle stage RS which can be finely moved by the motor 12 in the direction of the optical axis AX of the projection optical system 13 and which can be two-dimensionally moved and minutely rotated in a horizontal plane perpendicular to the optical axis AX. Is placed. A moving mirror 11m for reflecting a laser beam from a laser light interferometer (laser interferometer) 11 is provided at an end of the reticle stage RS.
Is fixed, and the two-dimensional position of the reticle stage RS is always detected by the laser interferometer 11 with a resolution of, for example, about 0.01 μm. Reticle alignment systems (RA systems) 10A and 10B are arranged above reticle R, and these RA systems 10A and 10B
Is to detect two cross-shaped alignment marks formed near the outer periphery of. By finely moving reticle stage RS based on the measurement signals from RA systems 10A and 10B, reticle R is positioned such that the center point of pattern area PA coincides with optical axis AX of projection optical system 13.

【0023】さて、レチクルRのパターン領域PAを通
過した照明光ILは、両側テレセントリックな投影光学
系13に入射し、投影光学系13により1/5に縮小さ
れたレチクルRの回路パターンの投影像が、表面にレジ
スト層が形成され、その表面が投影光学系13の最良結
像面とほぼ一致するように保持されたウエハW上の1つ
のショット領域に重ね合わせて投影(結像)される。
The illumination light IL that has passed through the pattern area PA of the reticle R enters the projection optical system 13 that is telecentric on both sides, and is projected onto the reticle R circuit pattern that has been reduced to 1/5 by the projection optical system 13. However, a resist layer is formed on the surface, and the surface is superimposed and projected (imaged) on one shot area on the wafer W held so that the surface substantially coincides with the best imaging plane of the projection optical system 13. .

【0024】ウエハWは、微小回転可能なウエハホルダ
(不図示)に真空吸着され、このウエハホルダを介して
ウエハステージWS上に保持されている。ウエハステー
ジWSは、モーター16によりステップ・アンド・リピ
ート方式で2次元移動可能に構成され、ウエハW上の1
つのショット領域に対するレチクルRの転写露光が終了
すると、ウエハステージWSは次のショット位置までス
テッピングされる。ウエハステージWSの端部にはレー
ザ干渉計15からのレーザビームを反射する移動鏡15
mが固定され、ウエハステージWSの2次元的な座標
は、レーザ干渉計15によって例えば0.01μm程度
の分解能で常時検出されている。レーザ干渉計15は、
ウエハステージWSの投影光学系13の光軸AXに垂直
な一方向(これをX方向とする)及びこれに垂直なY方
向の座標を計測するものであり、それらX方向及びY方
向の座標によりウエハステージWSのステージ座標系
(静止座標系)(X,Y)が定められる。即ち、レーザ
干渉計15により計測されるウエハステージWSの座標
値が、ステージ座標系(X,Y)上の座標値である。
The wafer W is vacuum-sucked on a micro-rotatable wafer holder (not shown), and is held on the wafer stage WS via the wafer holder. The wafer stage WS is configured to be two-dimensionally movable by a motor 16 in a step-and-repeat manner.
When transfer exposure of reticle R to one shot area is completed, wafer stage WS is stepped to the next shot position. A movable mirror 15 for reflecting a laser beam from the laser interferometer 15 is provided at an end of the wafer stage WS.
m is fixed, and the two-dimensional coordinates of the wafer stage WS are constantly detected by the laser interferometer 15 with a resolution of, for example, about 0.01 μm. The laser interferometer 15
It measures one direction perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system 13 of the wafer stage WS (this is defined as an X direction) and coordinates in the Y direction perpendicular to the direction. The coordinates in the X direction and the Y direction are used. A stage coordinate system (stationary coordinate system) (X, Y) of wafer stage WS is determined. That is, the coordinate value of the wafer stage WS measured by the laser interferometer 15 is a coordinate value on the stage coordinate system (X, Y).

【0025】また、ウエハステージWS上にはベースラ
イン量(後述)の計測時等で用いられる基準マークを備
えた基準部材(ガラス基板)14が、ウエハWの露光面
とほぼ同じ高さになるように設けられている。基準部材
14には基準マークとして、光透過性の5組のL字状パ
ターンから成るスリットパターンと、光反射性のクロム
で形成された2組の基準パターン(デューティ比は1:
1)とが設けられている。一方の組の基準パターンは、
Y方向に配列された7個のドットマークをX方向に3列
配列してなる回折格子マークと、3本の直線パターンを
X方向に配列してなる回折格子マークと、Y方向に延び
た12本のバーマークとを、X方向に配列したものであ
る。他方の組の基準パターンはその一方の組の基準パタ
ーンを90°回転したものである。
On the wafer stage WS, a reference member (glass substrate) 14 having a reference mark used for measuring a baseline amount (to be described later) or the like is approximately the same height as the exposure surface of the wafer W. It is provided as follows. The reference member 14 includes, as reference marks, a slit pattern composed of five sets of light-transmissive L-shaped patterns and two sets of reference patterns formed of light-reflective chrome (duty ratio is 1:
1) is provided. One set of reference patterns is
A diffraction grating mark in which seven dot marks arranged in the Y direction are arranged in three rows in the X direction, a diffraction grating mark in which three linear patterns are arranged in the X direction, and a diffraction grating mark 12 extending in the Y direction. The bar marks of the book are arranged in the X direction. The other set of reference patterns is obtained by rotating the one set of reference patterns by 90 °.

【0026】さて、光ファイバー(不図示)等を用いて
基準部材14の下へ伝送された照明光(露光光)によっ
て、基準部材14に形成されたスリットパターンが下方
(ウエハステージ内部)から照明されるように構成され
ている。基準部材14のスリットパターンを透過した照
明光は、投影光学系13を介してレチクルRの裏面(パ
ターン面)にスリットパターンの投影像を結像する。更
に、レチクルR上の4個のレチクルマークの何れかを通
過した照明光は、メインコンデンサーレンズ9、リレー
レンズ7,5等を通ってビームスプリッター4に達し、
ビームスプリッター4を透過した照明光が、投影光学系
13の瞳共役面の近傍に配置された光電検出器35によ
り受光される。光電検出器35は照明光の強度に応じた
光電信号SSを主制御系18に出力する。以下では、光
ファイバー(不図示)、基準部材14及び光電検出器3
5をまとめてISS(Imaging Slit Sensor)系と呼ぶ。
The slit pattern formed on the reference member 14 is illuminated from below (inside the wafer stage) by the illumination light (exposure light) transmitted below the reference member 14 using an optical fiber (not shown) or the like. It is configured to: The illumination light transmitted through the slit pattern of the reference member 14 forms a projected image of the slit pattern on the back surface (pattern surface) of the reticle R via the projection optical system 13. Further, the illumination light passing through any of the four reticle marks on the reticle R reaches the beam splitter 4 through the main condenser lens 9, the relay lenses 7, 5, and the like.
Illumination light transmitted through the beam splitter 4 is received by a photoelectric detector 35 disposed near a pupil conjugate plane of the projection optical system 13. The photoelectric detector 35 outputs a photoelectric signal SS corresponding to the intensity of the illumination light to the main control system 18. Hereinafter, an optical fiber (not shown), the reference member 14 and the photoelectric detector 3
5 are collectively called an ISS (Imaging Slit Sensor) system.

【0027】また、図2中には投影光学系13の結像特
性を調整できる結像特性補正部19も設けられている。
本実施例における結像特性補正部19は、投影光学系1
3を構成する一部のレンズエレメント、特にレチクルR
に近い複数のレンズエレメントの各々を、ピエゾ素子等
の圧電素子を用いて独立に駆動(光軸AXに対して平行
な方向の移動又は傾斜)することで、投影光学系13の
結像特性、例えば投影倍率やディストーションを補正す
るものである。
In FIG. 2, there is also provided an image forming characteristic correcting section 19 which can adjust the image forming characteristics of the projection optical system 13.
In the present embodiment, the imaging characteristic correction unit 19
Part 3 of the lens element, in particular, reticle R
By independently driving (moving or tilting in a direction parallel to the optical axis AX) each of a plurality of lens elements close to the optical element AX using a piezoelectric element such as a piezo element, For example, it corrects the projection magnification and distortion.

【0028】次に、投影光学系13の側方にはオフ・ア
クシス方式のアライメントセンサー(以下「Field Imag
e Alignment 系(FIA系)」という)が設けられてい
る。このFIA系において、ハロゲンランプ20で発生
した光をコンデンサーレンズ21及び光ファイバー22
を介して干渉フィルター23に導き、ここでレジスト層
の感光波長域及び赤外波長域の光をカットする。干渉フ
ィルター23を透過した光は、レンズ系24、ビームス
プリッター25、ミラー26及び視野絞りBRを介して
テレセントリックな対物レンズ27に入射する。対物レ
ンズ27から射出された光が、投影光学系13の照明視
野を遮光しないように投影光学系13の鏡筒下部周辺に
固定されたプリズム(又はミラー)28で反射され、ウ
エハWをほぼ垂直に照射する。
Next, an off-axis type alignment sensor (hereinafter referred to as "Field Imag") is provided beside the projection optical system 13.
e Alignment system (FIA system) ”). In this FIA system, light generated by the halogen lamp 20 is passed through a condenser lens 21 and an optical fiber 22.
The light is guided to the interference filter 23 through the filter and cuts out the light in the photosensitive wavelength range and the infrared wavelength range of the resist layer. The light transmitted through the interference filter 23 is incident on a telecentric objective lens 27 via a lens system 24, a beam splitter 25, a mirror 26, and a field stop BR. Light emitted from the objective lens 27 is reflected by a prism (or mirror) 28 fixed around the lower part of the lens barrel of the projection optical system 13 so as not to block the illumination visual field of the projection optical system 13, and makes the wafer W substantially vertical. Irradiation.

【0029】対物レンズ27からの光は、ウエハW上の
ウエハマーク(下地マーク)を含む部分領域に照射さ
れ、当該領域から反射された光はプリズム28、対物レ
ンズ27、視野絞りBR、ミラー26、ビームスプリッ
ター25及びレンズ系29を介して指標板30に導かれ
る。ここで、指標板30は対物レンズ27及びレンズ系
29に関してウエハWと共役な面内に配置され、ウエハ
W上のウエハマークの像は指標板30の透明窓内に結像
される。更に指標板30には、その透明窓内に指標マー
クとして、Y方向に延びた2本の直線状マークをX方向
に所定間隔だけ離して配置したものが形成されている。
指標板30を通過した光は、第1リレーレンズ系31、
ミラー32及び第2リレーレンズ系33を介して撮像素
子(CCDカメラ等)34へ導かれ、撮像素子34の受
光面上にはウエハマークの像と指標マークの像とが結像
される。撮像素子34からの撮像信号SVは主制御系1
8に供給され、ここでウエハマークのX方向の位置(座
標値)が算出される。なお、図2中には示していない
が、上記構成のFIA系(X軸用のFIA系)の他に、
Y方向のマーク位置を検出するためのもう1組のFIA
系(Y軸用のFIA系)も設けられている。
The light from the objective lens 27 is applied to a partial area including the wafer mark (base mark) on the wafer W, and the light reflected from the area is reflected by the prism 28, the objective lens 27, the field stop BR, and the mirror 26. , Beam splitter 25 and lens system 29 to guide plate 30. Here, the index plate 30 is disposed in a plane conjugate with the wafer W with respect to the objective lens 27 and the lens system 29, and an image of a wafer mark on the wafer W is formed in a transparent window of the index plate 30. Further, the index plate 30 is formed such that two linear marks extending in the Y direction are arranged at predetermined intervals in the X direction as index marks in the transparent window.
The light that has passed through the index plate 30 is transmitted to the first relay lens system 31,
The light is guided to an image sensor (CCD camera or the like) 34 via the mirror 32 and the second relay lens system 33, and the image of the wafer mark and the image of the index mark are formed on the light receiving surface of the image sensor 34. The imaging signal SV from the imaging element 34 is transmitted to the main control system 1
The position (coordinate value) of the wafer mark in the X direction is calculated here. Although not shown in FIG. 2, in addition to the FIA system (X-axis FIA system) having the above configuration,
Another set of FIA for detecting mark position in Y direction
A system (FIA system for the Y axis) is also provided.

【0030】次に、投影光学系13の上部側方にはTT
L(スルー・ザ・レンズ)方式のアライメントセンサー
17も配置され、アライメントセンサー17からの位置
検出用の光がミラーM1及びM2を介して投影光学系1
3に導かれている。その位置検出用の光は投影光学系1
3を介してウエハW上のウエハマーク上に照射され、こ
のウエハマークからの反射光が投影光学系13、ミラー
M2及びミラーM1を介してアライメントセンサー17
に戻される。アライメントセンサー17は戻された反射
光を光電変換して得られた信号から、ウエハW上のウエ
ハマークの位置を求める。
Next, TT is located on the upper side of the projection optical system 13.
An L (through-the-lens) type alignment sensor 17 is also disposed, and the light for position detection from the alignment sensor 17 is projected onto the projection optical system 1 via mirrors M1 and M2.
It is led to 3. The light for position detection is the projection optical system 1.
3 is reflected on a wafer mark on the wafer W via the projection mark 3 and reflected light from the wafer mark is reflected on the alignment sensor 17 via the projection optical system 13, the mirror M2 and the mirror M1.
Is returned to. The alignment sensor 17 obtains the position of the wafer mark on the wafer W from the signal obtained by photoelectrically converting the returned reflected light.

【0031】図3は、図2中のTTL方式のアライメン
トセンサー17の詳細な構成を示し、この図3におい
て、本例のアライメントセンサー17は、2光束干渉方
式のアライメント系(以下「LIA系」という)とレー
ザ・ステップ・アライメント方式のアライメント系(以
下「LSA系」という)とをその光学部材を最大限共有
させて組み合わせたものである。ここでは簡単に説明す
るが、より具体的な構成は特開平2−272305号公
報に開示されている。
FIG. 3 shows a detailed configuration of the TTL type alignment sensor 17 in FIG. 2. In FIG. 3, the alignment sensor 17 of this embodiment is a two-beam interference type alignment system (hereinafter referred to as "LIA system"). ) And a laser step alignment type alignment system (hereinafter, referred to as “LSA system”) in which the optical members are shared as much as possible. Although a brief description will be given here, a more specific configuration is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-272305.

【0032】図3において、光源(He−Neレーザ光
源等)40から射出されたレーザビームはビームスプリ
ッター41で分割され、ここで反射されたレーザビーム
はシャッター42を介して第1ビーム成形光学系(LI
A光学系)45に入射する。一方、ビームスプリッター
41を透過したレーザビームは、シャッター43及びミ
ラー44を介して第2ビーム成形光学系(LSA光学
系)46に入射する。従って、シャッター42及び43
を適宜駆動することにより、LIA系とLSA系とを切
り換えて使用することができる。
In FIG. 3, a laser beam emitted from a light source (such as a He—Ne laser light source) 40 is split by a beam splitter 41, and the reflected laser beam is transmitted through a shutter 42 to a first beam shaping optical system. (LI
A optical system) 45. On the other hand, the laser beam transmitted through the beam splitter 41 enters a second beam shaping optical system (LSA optical system) 46 via a shutter 43 and a mirror 44. Therefore, the shutters 42 and 43
Can be switched and used between the LIA system and the LSA system.

【0033】さて、LIA光学系45は2組の音響光学
変調器等を含み、所定の周波数差△fを与えた2本のレ
ーザビームを、その光軸を挟んでほぼ対称に射出する。
更に、LIA光学系45から射出された2本のレーザビ
ームは、ミラー47及びビームスプリッター48を介し
てビームスプリッター49に達し、ここを透過した2本
のレーザビームはレンズ系(逆フーリエ変換レンズ)5
3及びミラー54を経て、装置上で固定されている参照
用回折格子55に、互いに異なる2方向から所定の交差
角で入射して結像(交差)する。光電検出器56は、参
照用回折格子55を透過してほぼ同一方向に発生する回
折光同士の干渉光を受光し、回折光強度に応じた正弦波
状の光電信号SRを主制御系18(図2参照)内のLI
A演算ユニット58に出力する。
The LIA optical system 45 includes two sets of acousto-optic modulators and emits two laser beams having a predetermined frequency difference Δf approximately symmetrically with respect to the optical axis.
Further, the two laser beams emitted from the LIA optical system 45 reach a beam splitter 49 via a mirror 47 and a beam splitter 48, and the two laser beams transmitted therethrough are converted into a lens system (an inverse Fourier transform lens). 5
The light is incident on the reference diffraction grating 55 fixed on the apparatus from two different directions at a predetermined crossing angle via the mirror 3 and the mirror 54 to form an image (crossover). The photoelectric detector 56 receives the interference light of the diffracted lights transmitted through the reference diffraction grating 55 and generated in substantially the same direction, and outputs a sinusoidal photoelectric signal SR corresponding to the intensity of the diffracted light to the main control system 18 (FIG. LI)
Output to the A operation unit 58.

【0034】一方、ビームスプリッター49で反射され
た2本のレーザビームは、対物レンズ50によって視野
絞り51の開口部で一度交差した後、ミラーM2(図2
中のミラーM1は図示省略)を介して投影光学系13に
入射する。更に、投影光学系13に入射した2本のレー
ザビームは、投影光学系13の瞳面で光軸AXに関して
ほぼ対称となって一度スポット状に集光した後、ウエハ
W上のウエハマークのピッチ方向(Y方向)に関して光
軸AXを挟んで互いに対称的な角度で傾いた平行光束と
なって、ウエハマーク上に異なる2方向から所定の交差
角で入射する。ウエハマーク上には周波数差△fに対応
した速度で移動する1次元の干渉縞が形成され、当該マ
ークから同一方向、ここでは光軸方向に発生した±1次
回折光(干渉光)は投影光学系13、対物レンズ50等
を介して光電検出器52で受光され、光電検出器52は
干渉縞の明暗変化の周期に応じた正弦波状の光電信号S
DwをLIA演算ユニット58に出力する。LIA演算
ユニット58は、2つの光電信号SR及びSDwの波形
上の位相差からそのウエハマークの位置ずれ量を算出す
ると共に、レーザ干渉計15からの位置信号PDsを用
いて、当該位置ずれ量が零となるときのウエハステージ
WSの座標位置を求め、この情報をアライメントデータ
記憶部61(図4参照)に出力する。
On the other hand, the two laser beams reflected by the beam splitter 49 intersect once at the opening of the field stop 51 by the objective lens 50, and then intersect with the mirror M2 (FIG. 2).
The mirror M1 in the middle enters the projection optical system 13 via an unillustrated illustration). Further, the two laser beams incident on the projection optical system 13 are substantially symmetrical with respect to the optical axis AX on the pupil plane of the projection optical system 13 and are once focused into a spot shape. Parallel light beams are inclined at symmetrical angles with respect to the direction (Y direction) with respect to the optical axis AX, and are incident on the wafer mark from two different directions at a predetermined intersection angle. One-dimensional interference fringes moving at a speed corresponding to the frequency difference Δf are formed on the wafer mark, and ± 1st-order diffracted light (interference light) generated in the same direction from the mark, here, in the optical axis direction is projected onto the wafer. The light is received by the photoelectric detector 52 via the system 13, the objective lens 50, and the like, and the photoelectric detector 52 outputs a sinusoidal photoelectric signal S corresponding to the cycle of the light-dark change of the interference fringe.
Dw is output to the LIA operation unit 58. The LIA operation unit 58 calculates the position shift amount of the wafer mark from the phase difference on the waveforms of the two photoelectric signals SR and SDw, and calculates the position shift amount using the position signal PDs from the laser interferometer 15. The coordinate position of wafer stage WS at which it becomes zero is obtained, and this information is output to alignment data storage unit 61 (see FIG. 4).

【0035】また、LSA光学系46はビームエクスパ
ンダー、シリンドリカルレンズ等を含み、LSA光学系
46から射出されたレーザビームはビームスプリッター
48及び49を介して対物レンズ50に入射する。更
に、対物レンズ50から射出されるレーザビームは、一
度視野絞り51の開口部でスリット状に収束した後、ミ
ラーM2を介して投影光学系13に入射する。投影光学
系13に入射したレーザビームは、その瞳面のほぼ中央
を通った後、投影光学系13のイメージフィールド内で
X方向に伸び、且つ光軸AXに向かうような細長い帯状
スポット光としてウエハW上に投影される。
The LSA optical system 46 includes a beam expander, a cylindrical lens, and the like. The laser beam emitted from the LSA optical system 46 enters the objective lens 50 via beam splitters 48 and 49. Further, the laser beam emitted from the objective lens 50 once converges in a slit shape at the opening of the field stop 51, and then enters the projection optical system 13 via the mirror M2. The laser beam that has entered the projection optical system 13 passes through substantially the center of the pupil plane, and then extends in the X direction within the image field of the projection optical system 13, and forms an elongated strip-shaped spot light directed toward the optical axis AX. Projected onto W.

【0036】スポット光とウエハW上のウエハマーク
(回折格子マーク)とをY方向に相対移動したとき、当
該ウエハマークから発生する光は投影光学系13、対物
レンズ50等を介して光電検出器52で受光される。光
電検出器52は、ウエハマークからの光のうち±1次〜
3次回折光のみを光電変換し、このように光電変換して
得られた光強度に応じた光電信号SDiを主制御系18
内のLSA演算ユニット57に出力する。LSA演算ユ
ニット57にはレーザ干渉計15からの位置信号PDs
も供給され、LSA演算ユニット57はウエハステージ
WSの単位移動量毎に発生するアップダウンパルスに同
期して光電信号SDiをサンプリングする。更に、LS
A演算ユニット57は、各サンプリング値をデジタル値
に変換してメモリに番地順に記憶させた後、所定の演算
処理によってウエハマークのY方向の位置を算出し、こ
の情報を図4のアライメントデータ記憶部61に出力す
る。
When the spot light and the wafer mark (diffraction grating mark) on the wafer W are relatively moved in the Y direction, light generated from the wafer mark is transmitted to the photoelectric detector via the projection optical system 13, the objective lens 50 and the like. Light is received at 52. The photoelectric detector 52 detects ± 1 order to ± 1 order of the light from the wafer mark.
Only the third-order diffracted light is photoelectrically converted, and a photoelectric signal SDi corresponding to the light intensity obtained by the photoelectric conversion in this manner is transmitted to the main control system 18.
Is output to the LSA calculation unit 57 in the above. The LSA calculation unit 57 has a position signal PDs from the laser interferometer 15.
The LSA calculation unit 57 samples the photoelectric signal SDi in synchronization with an up / down pulse generated for each unit movement amount of the wafer stage WS. Furthermore, LS
The A operation unit 57 converts each sampled value into a digital value and stores it in a memory in the order of addresses, then calculates the position of the wafer mark in the Y direction by a predetermined operation, and stores this information in the alignment data storage of FIG. Output to the unit 61.

【0037】次に、図2の主制御系18の構成につき図
4を参照して説明する。図4は本例の主制御系18及び
これと関連する部材を示し、この図4において、LSA
演算ユニット57、LIA演算ユニット58、FIA演
算ユニット59、波形データ記憶回路60、アライメン
トデータ記憶部61、EGA演算ユニット62、記憶部
63、ショットマップデータ部64、システムコントロ
ーラ65、ウエハステージコントローラ66及びレチク
ルステージコントローラ67より主制御系18が構成さ
れている。これらの部材の内で、波形データ記憶回路6
0は、LSA演算ユニット57、LIA演算ユニット5
8及びFIA演算ユニット59に供給される光電信号S
Di、SR及びSVの波形をデジタルデータとして記憶
する回路である。そして、LSA演算ユニット57、L
IA演算ユニット58及びFIA演算ユニット59は、
必要に応じてその波形データ記憶回路60から対応する
光電信号を読み出して、各ウエハマークのステージ座標
系(X,Y)での座標位置を求め、この求めた座標位置
をアライメントデータ記憶部61に供給する。アライメ
ントデータ記憶部61の計測された座標位置の情報はE
GA演算ユニット62に供給される。
Next, the configuration of the main control system 18 shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the main control system 18 of the present embodiment and the members related thereto. In FIG.
Arithmetic unit 57, LIA arithmetic unit 58, FIA arithmetic unit 59, waveform data storage circuit 60, alignment data storage unit 61, EGA operation unit 62, storage unit 63, shot map data unit 64, system controller 65, wafer stage controller 66, The reticle stage controller 67 constitutes the main control system 18. Among these members, the waveform data storage circuit 6
0 indicates the LSA operation unit 57 and the LIA operation unit 5
8 and the photoelectric signal S supplied to the FIA operation unit 59
This is a circuit for storing the waveforms of Di, SR and SV as digital data. Then, the LSA operation unit 57, L
The IA operation unit 58 and the FIA operation unit 59
If necessary, the corresponding photoelectric signal is read from the waveform data storage circuit 60, the coordinate position of each wafer mark in the stage coordinate system (X, Y) is obtained, and the obtained coordinate position is stored in the alignment data storage unit 61. Supply. The information of the measured coordinate position in the alignment data storage unit 61 is E
It is supplied to the GA operation unit 62.

【0038】ショットマップデータ記憶部64には、ウ
エハW上の各ショット領域に属するウエハマークのウエ
ハW上の座標系(x,y)での設計上の配列座標値が記
憶され、これら設計上の配列座標値もEGA演算ユニッ
ト62に供給される。EGA演算ユニット62は、計測
された座標値及び設計上の座標値に基づいて、最小自乗
法によりウエハW上の座標系(x,y)での設計上の配
列座標値からステージ座標系(X,Y)での計算上の配
列座標値を求めるための6個の変換パラメータ((数
1)の変換パラメータa〜fに対応するもの)を求め、
これら変換パラメータa〜f及びこれら変換パラメータ
を使用したときの残留誤差成分(本例では設計値と計測
値との残差の単純な自乗和)を記憶部63に供給する。
The shot map data storage unit 64 stores design coordinate values of the wafer marks belonging to each shot area on the wafer W in the coordinate system (x, y) on the wafer W. Are also supplied to the EGA operation unit 62. The EGA operation unit 62 calculates the stage coordinate system (X) from the designed array coordinate values in the coordinate system (x, y) on the wafer W by the least square method based on the measured coordinate values and the designed coordinate values. , Y) to obtain six conversion parameters (corresponding to the conversion parameters a to f of (Equation 1)) for obtaining the calculated array coordinate values,
The conversion parameters a to f and the residual error component when these conversion parameters are used (in this example, a simple sum of squares of the residual between the design value and the measured value) are supplied to the storage unit 63.

【0039】この際に、システムコントローラ65は、
LSA演算ユニット57、LIA演算ユニット58及び
FIA演算ユニット59に対して信号処理条件(後述)
を種々に変えてウエハマークの座標位置を繰り返して算
出させ、これに応じてEGA演算ユニット62はそれぞ
れ変換パラメータa〜f及び残留誤差成分を求める。そ
して、EGA演算ユニット62は、最終的に残留誤差成
分が最小になるときの変換パラメータa〜f及びこのと
きの信号処理条件を記憶部63に記憶させる。更にEG
A演算ユニット62は、そのように記憶された変換パラ
メータa〜fを用いてウエハW上の座標系(x,y)で
の設計上の配列座標値からステージ座標系(X,Y)で
の計算上の配列座標値を求め、この計算上の配列座標値
をシステムコントローラ65に供給する。
At this time, the system controller 65
Signal processing conditions (described later) for the LSA operation unit 57, LIA operation unit 58, and FIA operation unit 59
Is changed variously, and the coordinate position of the wafer mark is repeatedly calculated. In response to this, the EGA calculation unit 62 obtains the conversion parameters a to f and the residual error component, respectively. Then, the EGA calculation unit 62 causes the storage unit 63 to store the conversion parameters a to f when the residual error component is finally minimized and the signal processing conditions at this time. Further EG
The A operation unit 62 uses the conversion parameters a to f stored as described above to convert a design array coordinate value in the coordinate system (x, y) on the wafer W into a stage coordinate system (X, Y). The calculated array coordinate values are obtained, and the calculated array coordinate values are supplied to the system controller 65.

【0040】これに応じて、システムコントローラ65
は、ウエハステージコントローラ66を介してレーザ干
渉計15の計測値をモニターしつつ、モーター16を介
して図2のウエハステージWSを駆動して、ウエハW上
の各ショット領域の位置決め及び各ショット領域への露
光を行う。また、システムコントローラ65は、レチク
ルステージコントローラ67を介してレーザ干渉計11
の計測値をモニターしつつ、モーター12を介して図2
のレチクルステージRSを駆動して、レチクルRの位置
調整を行う。
In response, the system controller 65
2 drives the wafer stage WS of FIG. 2 via the motor 16 while monitoring the measurement values of the laser interferometer 15 via the wafer stage controller 66 to determine the position of each shot area on the wafer W and each shot area. Exposure to Further, the system controller 65 communicates with the laser interferometer 11 via the reticle stage controller 67.
While monitoring the measured values of FIG.
Is driven to adjust the position of the reticle R.

【0041】次に、本例でウエハW上の各ショット領域
の位置決めを行って、各ショット領域にレチクルRのパ
ターン像を投影露光する際の動作につき説明する。先ず
ウエハW上のショット領域の配列及びアライメントマー
クとしてのウエハマークの形状等につき説明する。図5
(a)はウエハW上のショット領域の配列を示し、この
図5(a)において、ウエハW上にはウエハW上に設定
された座標系(x,y)に沿って規則的にショット領域
ES1,ES2,‥‥,ESNが形成され、各ショット
領域ESiにはそれまでの工程によりそれぞれチップパ
ターンが形成されている。また、各ショット領域ESi
はx方向及びy方向に所定幅のストリートラインで区切
られており、各ショット領域ESiに近接するx方向に
伸びたストリートラインの中央部にアライメントマーク
としてのX方向のウエハマークMxiが形成され、各シ
ョット領域ESiに近接するy方向に伸びたストリート
ラインの中央部にY方向のウエハマークMyiが形成さ
れている。ウエハマークMxi及びMyiはそれぞれx
方向及びy方向に所定ピッチで3本の直線パターンを並
べたものであり、これらのパターンはウエハWの下部に
凹部又は凸部のパターンとして形成したものである。
Next, the operation of positioning the respective shot areas on the wafer W and projecting and exposing the pattern image of the reticle R to the respective shot areas in this embodiment will be described. First, the arrangement of shot areas on the wafer W, the shape of a wafer mark as an alignment mark, and the like will be described. FIG.
5A shows an arrangement of shot areas on the wafer W. In FIG. 5A, the shot areas are regularly arranged on the wafer W along a coordinate system (x, y) set on the wafer W. ES1, ES2,..., ESN are formed, and a chip pattern is formed in each shot region ESi by the steps up to that. In addition, each shot area ESi
Are separated by a street line having a predetermined width in the x direction and the y direction, and a wafer mark Mxi in the X direction as an alignment mark is formed at the center of the street line extending in the x direction near each shot area ESi. A wafer mark Myi in the Y direction is formed at the center of a street line extending in the y direction near each shot area ESi. The wafer marks Mxi and Myi are each x
Three linear patterns are arranged at predetermined pitches in the direction and the y direction. These patterns are formed as patterns of concave portions or convex portions on the lower portion of the wafer W.

【0042】ウエハWへの露光を行う際には、それらシ
ョット領域ESiの内から例えば斜線を施して示す9個
のショット領域が選択される。このように選択されたシ
ョット領域をサンプルショットSA1〜SA9とする
と、各サンプルショットSAiにはそれぞれウエハマー
クMxi及びMyiが近接して形成されている。本例で
はこれらウエハマークMxi及びMyiの位置を計測す
ることにより、各サンプルショットSA1〜SA9のス
テージ座標系(X,Y)上での座標位置を計測する。具
体的にウエハマークMx1の撮像信号が、例えば図2の
撮像素子34を介して図4のFIA演算ユニット59に
供給され、FIA演算ユニット59では設定された計測
パラメータのもとでそのウエハマークMX1のX方向の
位置検出を行う。
When exposing the wafer W, nine shot areas indicated by oblique lines are selected from the shot areas ESi. Assuming that the shot areas selected in this way are sample shots SA1 to SA9, wafer marks Mxi and Myi are formed close to each sample shot SAi, respectively. In this example, the coordinate positions of the sample shots SA1 to SA9 on the stage coordinate system (X, Y) are measured by measuring the positions of the wafer marks Mxi and Myi. Specifically, an imaging signal of the wafer mark Mx1 is supplied to, for example, the FIA operation unit 59 of FIG. 4 via the imaging device 34 of FIG. 2, and the FIA operation unit 59 outputs the wafer mark MX1 based on the set measurement parameters. Is detected in the X direction.

【0043】図5(b)はウエハマークの他の例を示
し、この図5(b)において、計測方向であるX方向に
対して所定ピッチの回折格子状のパターンからなるウエ
ハマークMAxが形成されている。このウエハマークM
Axの位置検出を行うには、図2のアライメントセンサ
ー17中のLIA光学系45(図3参照)から射出され
る2本のレーザビームBM1 及びBM2 を所定の交差角
でそのウエハマークMAx上に照射する。その交差角及
びウエハマークMAxのX方向のピッチは、レーザビー
ムBM1 によるウエハマークMAxからの−1次回折光
1(-1) 及びレーザービームBM2 によるウエハマーク
MAxからの+1次回折光B2(+) が平行になるように
設定される。これら−1次回折光B1(-1) 及び+1次回
折光B2(+)の干渉光が図3の光電検出器52で光電信号
SDwに変換され、この光電信号SDwがLIA演算ユ
ニット58に供給され、LIA演算ユニット58では、
参照信号としての光電信号SRと光電信号SDwとの位
相差より、ウエハマークMAxのX方向の位置ずれ量を
算出する。
FIG. 5B shows another example of a wafer mark. In FIG. 5B, a wafer mark MAX having a diffraction grating pattern having a predetermined pitch in the X direction which is the measurement direction is formed. Have been. This wafer mark M
In order to detect the position of Ax, the two laser beams BM 1 and BM 2 emitted from the LIA optical system 45 (see FIG. 3) in the alignment sensor 17 of FIG. Irradiate on top. Its pitch in the X direction of the crossing angle and the wafer mark MAx is the laser beam BM 1 -1 order diffracted light B 1 from the wafer mark MAx by (-1) and the laser beam BM 2 +1 order diffracted light B 2 from the wafer mark MAx by (+) Is set to be parallel. The interference light of the −1st-order diffracted light B 1 (-1) and the + 1st-order diffracted light B 2 (+) is converted into a photoelectric signal SDw by the photoelectric detector 52 in FIG. 3, and this photoelectric signal SDw is supplied to the LIA operation unit 58. In the LIA operation unit 58,
From the phase difference between the photoelectric signal SR as the reference signal and the photoelectric signal SDw, the amount of displacement of the wafer mark Max in the X direction is calculated.

【0044】図5(c)はウエハマークの更に他の例を
示し、この図5(c)において、計測方向であるX方向
に垂直なY方向に対して所定ピッチで配列されたドット
マークからなるウエハマークMByが形成されている。
このウエハマークMByの位置検出を行うには、図2の
アライメントセンサー17中のLSA光学系46(図3
参照)から射出されたレーザビームを、そのウエハマー
クMByの近傍にY方向に長いスリット状のスポット光
LYSとして照射する。そして、図2のウエハステージ
WSを駆動して、ウエハマークMByをそのスポット光
LYSに対して走査すると、スポット光LYSがウエハ
マークMBy上を走査している範囲では、ウエハマーク
MByから所定の方向に回折光が射出される。この回折
光を図3の光電検出器52で光電変換して得られた光電
信号SDiがLSA演算ユニット57に供給され、LS
A演算ユニット57は設定された計測パラメータのもと
でウエハマークMByのX方向の位置を求める。
FIG. 5 (c) shows still another example of the wafer mark. In FIG. 5 (c), a dot mark arranged at a predetermined pitch in the Y direction perpendicular to the X direction which is the measurement direction is shown. Is formed.
In order to detect the position of the wafer mark MBy, the LSA optical system 46 (see FIG. 3) in the alignment sensor 17 shown in FIG.
The laser beam emitted from the laser beam is irradiated as a slit-shaped spot light LYS long in the Y direction near the wafer mark MBy. Then, when the wafer mark WSy is scanned with respect to the spot light LYS by driving the wafer stage WS shown in FIG. 2, in a range where the spot light LYS scans over the wafer mark MBy, a predetermined direction from the wafer mark MBy. Diffracted light is emitted. A photoelectric signal SDi obtained by photoelectrically converting the diffracted light by the photoelectric detector 52 in FIG.
The A operation unit 57 obtains the position of the wafer mark MBy in the X direction based on the set measurement parameters.

【0045】次に、図4のFIA演算ユニット59、L
SA演算ユニット57及びLIA演算ユニット58での
信号処理条件につき詳細に説明する。本例の信号処理条
件とは、波形解析アルゴリズム、スライスレベル及び処
理ゲート幅等を指す。また、処理ゲート幅とは設計上の
ウエハマークの位置を中心として定められる所定幅の領
域である。
Next, the FIA operation unit 59 shown in FIG.
The signal processing conditions in the SA operation unit 57 and the LIA operation unit 58 will be described in detail. The signal processing conditions in this example indicate a waveform analysis algorithm, a slice level, a processing gate width, and the like. The processing gate width is a region of a predetermined width determined around the position of a wafer mark in design.

【0046】先ず、図6を参照してFIA演算ユニット
59の信号処理条件につき簡単に説明する。図6(a)
は図2のFIA系の撮像素子34で撮像されるウエハマ
ークMx1の様子を示し、図6(b)はそのときに得ら
れる撮像信号の波形を示す。この撮像信号は図4の波形
データ記憶回路60に格納される。図6(a)に示すよ
うに、撮像素子34の撮像視野VSA内には、3本の直
線状パターンからなるウエハマークMx1と、これを挟
むように図2の指標板30上に形成された指標マークF
M1,FM2とが配置されている。撮像素子34はそれ
らウエハマークMx1及び指標マークFM1,FM2の
像を水平走査線VLに沿って電気的に走査する。この
際、1本の走査線だけではSN比の点で不利なので、撮
像視野VSAに収まる複数本の水平走査線によって得ら
れる撮像信号のレベルを、水平方向の各画素毎に加算平
均することが望ましい。
First, the signal processing conditions of the FIA operation unit 59 will be briefly described with reference to FIG. FIG. 6 (a)
6 shows a state of the wafer mark Mx1 imaged by the FIA image sensor 34 in FIG. 2, and FIG. 6B shows a waveform of an image signal obtained at that time. This imaging signal is stored in the waveform data storage circuit 60 of FIG. As shown in FIG. 6A, a wafer mark Mx1 composed of three linear patterns is formed in the imaging visual field VSA of the imaging element 34, and is formed on the index plate 30 of FIG. Index mark F
M1 and FM2 are arranged. The imaging element electrically scans the images of the wafer mark Mx1 and the index marks FM1 and FM2 along the horizontal scanning line VL. At this time, since the single scanning line is disadvantageous in terms of the SN ratio, the level of the imaging signal obtained by a plurality of horizontal scanning lines falling within the imaging visual field VSA can be averaged for each pixel in the horizontal direction. desirable.

【0047】図6(b)に示すように、得られる撮像信
号の両側には指標マークFM1,FM2のそれぞれに対
応した凹部があり、FIA演算ユニット59はこの凹部
をスライスレベルSL2で検出し、両方の凹部の画素上
の中心位置を求める。そして、それら2個の中心位置の
中心として、指標マークFM1,FM2を基準としたと
きの基準位置x0 を求める。なお、指標マークFM1,
FM2の各中心位置を求める代わりに、指標マークFM
1の右エッジの位置と指標マークFM2の左エッジの位
置とから、その基準位置x0 を求めるようにしてもよ
い。
As shown in FIG. 6B, on both sides of the obtained image signal, there are concave portions corresponding to the index marks FM1 and FM2, respectively. The FIA operation unit 59 detects these concave portions at the slice level SL2. The center positions of the two concave portions on the pixel are obtained. Then, as the center of their two center positions, determining the reference position x 0 of when based on the index marks FM1, FM2. Note that the index marks FM1,
Instead of finding each center position of FM2, an index mark FM
And a position of the left edge of the index marks FM2 one of the right edge may be calculated the reference position x 0.

【0048】また、図6(b)に示すように、撮像信号
の内のウエハマークMx1に対応する部分の波形は、各
直線状パターンの左エッジ及び右エッジに対応した位置
で凹部となっている。FIA演算ユニット59は、その
撮像信号のウエハマークMx1に対応した凹部をスライ
スレベルSL1で検出し、各直線状パターンの中心位置
を求めた後、各中心位置を平均化してウエハマークMx
1の計測位置xc を算出する。そして、先に求めた基準
位置x0 とウエハマークMx1の計測位置xcとの差Δ
x(=x0 −xc )を算出し、図6(a)の撮像領域V
SA内にウエハークMx1が位置決めされたときのウエ
ハステージWSの座標位置にその差Δxを加算して得た
値を、マーク位置情報として図4のアライメントデータ
記憶部61に供給する。
As shown in FIG. 6 (b), the waveform of the portion corresponding to the wafer mark Mx1 in the image pickup signal has a concave portion at a position corresponding to the left edge and the right edge of each linear pattern. I have. The FIA operation unit 59 detects the concave portion corresponding to the wafer mark Mx1 of the imaging signal at the slice level SL1, finds the center position of each linear pattern, and averages each center position to obtain the wafer mark Mx.
Calculating a first measurement position x c. Then, the difference Δ between the previously obtained reference position x 0 and the measurement position x c of the wafer mark Mx1 is calculated.
x (= x 0 −x c ) is calculated, and the imaging region V in FIG.
A value obtained by adding the difference Δx to the coordinate position of wafer stage WS when wafer mark Mx1 is positioned in SA is supplied to alignment data storage unit 61 in FIG. 4 as mark position information.

【0049】従って、FIA演算ユニット59におい
て、変更可能な信号処理条件としては、波形解析アルゴ
リズム、スライスレベルSL1、コントラストリミット
値及び図6(b)の処理ゲート幅GX(画素上での幅G
xの中心位置とその幅)等がある。更に、波形解析アル
ゴリズムとしては、例えば特開平4−65603号公報
に開示されているように、各直線状パターンの中心位置
を求めるに際して、図6(b)に示すように、直線状パ
ターンの左エッジ及び右エッジに対応したスロープ部B
1L,BS2L及びBS1R,BS2Rの内、外スロープ部
BS1L,BS2Rのみを用いるモード、内スロープ部B
1R,BS2Lのみを用いるモード、外スロープ部BS
1L,BS2R及び内スロープ部BS1R,BS2Lを用いるモ
ードがある。
Therefore, in the FIA operation unit 59, the signal processing conditions that can be changed include a waveform analysis algorithm, a slice level SL1, a contrast limit value, and a processing gate width GX (width G on a pixel) shown in FIG.
x center position and its width). Further, as a waveform analysis algorithm, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-65603, when calculating the center position of each linear pattern, as shown in FIG. Slope section B corresponding to edge and right edge
Mode using only the outer slope portions BS 1L and BS 2R of S 1L and BS 2L and BS 1R and BS 2R , inner slope portion B
Mode using only S 1R and BS 2L , outer slope section BS
There is a mode using 1L , BS 2R and inner slope sections BS 1R , BS 2L .

【0050】次に、図7を参照してLSA演算ユニット
57での信号処理条件について説明する。図7(a)
は、X方向に配列されたドットパターンよりなるウエハ
マークMBxをレーザビームによるX方向に長いスリッ
ト状のスポット光LXSで走査する状態を示し、図7
(b)はその走査により得られる光電信号の波形を示
す。LSA演算ユニット57における波形解析アルゴリ
ズムとしては、例えば以下に述べる3つのアルゴリスム
がある。
Next, signal processing conditions in the LSA operation unit 57 will be described with reference to FIG. FIG. 7 (a)
FIG. 7 shows a state in which a wafer mark MBx composed of dot patterns arranged in the X direction is scanned by a slit-shaped spot light LXS long in the X direction by a laser beam.
(B) shows the waveform of the photoelectric signal obtained by the scanning. As the waveform analysis algorithm in the LSA operation unit 57, for example, there are three algorithms described below.

【0051】第1のアルゴリズムでは、所定の処理ゲー
ト幅の区間内で図7(b)に示すような光電信号のスム
ージングを行った後、得られた信号波形を設定されたス
ライスレベルVrでスライスする。そして、図7(b)
に示すように、信号波形の左右に交点があると、それら
2つの交点の中心点をマーク位置として検出するもので
ある。
In the first algorithm, after the photoelectric signal is smoothed as shown in FIG. 7B within the section of the predetermined processing gate width, the obtained signal waveform is sliced at the set slice level Vr. I do. Then, FIG.
As shown in (1), if there are intersections on the left and right of the signal waveform, the center point of these two intersections is detected as the mark position.

【0052】第2のアルゴリズムでは、光電信号が所定
のレベルL1 以上の区間で信号波形のスムージングを行
った後、ピーク値に近いレベルL2 との間で複数のスラ
イスレベルを一定間隔で設定し、各スライスレベルでの
交点及びそれらの間隔を求める。そして、各スライスレ
ベルでの間隔に基づいて、予め設定されたレベル以下の
部分において信号波形の傾斜が最大となるスライスレベ
ルを選び出し、当該レベルでの交点の中心点をマーク位
置として検出するものである。
[0052] In the second algorithm, set after the photoelectric signal is so smoothed signal waveform at a predetermined level L 1 or more sections, a plurality of slice levels between the level L 2 close to the peak value at regular intervals Then, intersections at each slice level and their intervals are obtained. Then, based on the intervals at each slice level, a slice level at which the slope of the signal waveform is maximum in a portion below a preset level is selected, and the center point of the intersection at that level is detected as a mark position. is there.

【0053】第3のアルゴリズムでは、設定されたスラ
イスレベルで信号波形をスライスし、2個の交点の中心
位置を基準位置として求めておく。次に、光電信号が所
定のレベルL1 以上の区間で信号波形のスムージングを
行った後、ピーク値に近いレベルL2 との間で複数のス
ライスレベルを一定間隔で設定し、各スライスレベルで
の2つの交点の中心点、更に中点差分(即ち、隣り合う
スライスレベルでの中心点間の差)を求める。そして、
各スライスレベルでの中心点が先に求めた基準位置と大
きく離れておらず、各中心点が安定している領域(即
ち、中点差分が微小で、そのスライスレベルが最も長く
連続している領域)を選び、当該領域での中心点をマー
ク位置として検出するものである。これにより、得られ
る光電信号が図7(c)〜(e)に示すように、非対称
になった場合でも、マーク位置を正確に求めることがで
きる。
In the third algorithm, the signal waveform is sliced at the set slice level, and the center position between two intersections is determined as a reference position. Then, after the photoelectric signal is so smoothed signal waveform at a predetermined level L 1 or more sections, and setting a plurality of slice levels between the level L 2 close to the peak value at regular intervals, at each slice level And the midpoint difference (that is, the difference between the center points at adjacent slice levels). And
A region where the center point at each slice level is not far from the previously obtained reference position and each center point is stable (that is, the midpoint difference is small and the slice level is the longest continuous) Area), and a center point in the area is detected as a mark position. As a result, even when the obtained photoelectric signal becomes asymmetric as shown in FIGS. 7C to 7E, the mark position can be accurately obtained.

【0054】次に、図8を参照してLIA演算ユニット
58での信号処理条件について説明する。本例では特に
ヘテロダイン方式に基づいて説明する。図8に示すよう
に、ウエハ上の1次元のピッチ2Pの回折格子状のウエ
ハマークMAxに対して、周波数差Δfの2本のコヒー
レントなレーザービーム(平行光束)BM1 ,BM2
交差角2・φ0 で入射すると、ウエハマークMAx上に
はピッチPの1次元の干渉縞IFが生成される。この干
渉縞IFは、ウエハマークMAxのピッチ方向に周波数
差Δfに応じて移動し、その移動速度Vは(V=Δf・
P)なる関係式で表される。この結果、ウエハマークM
Axからは回折光B1(-1) ,B2(+1) ,‥‥が発生す
る。この場合、添字1,2はそれぞれ入射するレーザビ
ームBM1 ,BM2 からの回折光であることを意味し、
括弧内の数字は回折次数を表している。
Next, the signal processing conditions in the LIA operation unit 58 will be described with reference to FIG. In this example, the description will be made based on the heterodyne method. As shown in FIG. 8, two coherent laser beams (parallel light beams) BM 1 and BM 2 having a frequency difference Δf intersect with a diffraction grating wafer mark MAX having a one-dimensional pitch 2P on the wafer. When incident at 2 · φ 0, in the wafer mark MAx is one-dimensional interference fringes IF pitch P is generated. This interference fringe IF moves in the pitch direction of the wafer mark MAX in accordance with the frequency difference Δf, and its moving speed V becomes (V = Δf ·
P). As a result, the wafer mark M
Ax generates diffracted light beams B 1 (-1), B 2 (+1), and ‥‥. In this case, the suffixes 1 and 2 mean diffracted light from the incident laser beams BM 1 and BM 2 , respectively.
The numbers in parentheses indicate the diffraction orders.

【0055】通常、LIA系では投影光学系13の光軸
AXに沿って進行する±1次回折光B1(-1) ,B2(+1)
の干渉光の光電信号と、2本の送光ビームから別途生成
された参照用干渉光の光電信号との位相差を求めること
により、ウエハマークMAxの位置ずれを検出してい
る。それ以外に、0次回折光B2(0)と−2次回折光B
1(-2) との干渉光の光電信号と参照用の光電信号との位
相差から検出した位置ずれ量と、0次回折光B1(0)と−
2次回折光B2(+2) との干渉光の光電信号と参照用の光
電信号との位相差から検出した位置ずれ量とを、平均化
して位置ずれ量を求めるようにしてもよい。
Normally, in the LIA system, ± first-order diffracted lights B 1 (−1) and B 2 (+1) that travel along the optical axis AX of the projection optical system 13.
The position shift of the wafer mark MAX is detected by calculating the phase difference between the photoelectric signal of the interference light and the photoelectric signal of the reference interference light separately generated from the two light transmission beams. In addition, the zero-order diffracted light B 2 (0) and the second-order diffracted light B
1 (-2), the amount of displacement detected from the phase difference between the photoelectric signal of the interference light and the reference photoelectric signal, and the 0th-order diffracted light B 1 (0) and −
The position shift amount detected from the phase difference between the photoelectric signal of the interference light with the second-order diffracted light B 2 (+2) and the reference photoelectric signal may be averaged to obtain the position shift amount.

【0056】従って、LIA演算ユニット58で変更可
能な信号処理条件は、光電検出すべき干渉光(回折光の
次数)のみである。即ち、LIA系では±1次回折光B
1(-1) ,B2(+1) を用いる第1モード、0次回折光B
2(0)と−2次回折光B1(-2) と及び0次回折光B1(0)と
−2次回折光B2(+2) とを用いる第2モード、更には第
1モード及び第2モードのそれぞれでの干渉光の強度を
比較し、その強度値が大きい方を選択して使用する第3
モードとがある。LIA系の最適化に際してはこれら3
つのモードを切り換えてウエハマークの位置検出を行う
ことになる。
Therefore, the only signal processing condition that can be changed by the LIA operation unit 58 is the interference light (the order of the diffracted light) to be photoelectrically detected. That is, in the LIA system, ± 1st-order diffracted light B
1st mode using 1 (-1) and B 2 (+1), 0th-order diffracted light B
The second mode using 2 (0), the second-order diffracted light B 1 (-2), and the zero-order diffracted light B 1 (0) and the second-order diffracted light B 2 (+2), furthermore, the first mode and the second mode A third method is to compare the intensities of the interference lights in each of the two modes and select and use the one with the greater intensity value.
There is a mode. When optimizing the LIA system, these three
The two modes are switched to detect the position of the wafer mark.

【0057】次に、図1のフローチャートを参照して本
例の投影露光装置で図5(a)のウエハWの各ショット
領域ESiへレチクルRのパターン像を露光する際の全
体の動作の一例につき説明する。本例では、所謂エンハ
ーンスト・グローバル・アライメント(以下、「EG
A」という)方式でアライメントを行う場合を扱う。先
ず図1のステップ101において、図5(a)の9個の
サンプルショットSA1〜SA9に属するウエハマーク
(アライメントマーク)Mxi,Myiの計測信号波形
を図4の波形データ記憶回路60に取り込む。この場合
の計測センサーとしては、例えば図2の撮像素子34を
含むFIA系が使用されるが、ウエハマークの形状によ
ってはLIA系又はLSA系も使用される。その後、ス
テップ102において、図4のシステムコントローラ6
5は、FIA演算ユニット59に対して信号処理条件、
即ち波形解析アルゴリズム及びスライスレベル等の計測
パラメータの値を初期状態に設定する。
Next, with reference to the flowchart of FIG. 1, an example of the overall operation when exposing the pattern image of the reticle R to each shot area ESi of the wafer W of FIG. Will be described. In this example, a so-called enhanced global alignment (hereinafter referred to as “EG
A)). First, in step 101 of FIG. 1, the measurement signal waveforms of the wafer marks (alignment marks) Mxi and Myi belonging to the nine sample shots SA1 to SA9 of FIG. 5A are taken into the waveform data storage circuit 60 of FIG. As the measurement sensor in this case, for example, an FIA system including the image sensor 34 in FIG. 2 is used, but depending on the shape of the wafer mark, an LIA system or an LSA system is also used. Thereafter, in step 102, the system controller 6 shown in FIG.
5 is a signal processing condition for the FIA operation unit 59;
That is, the values of the measurement parameters such as the waveform analysis algorithm and the slice level are set to the initial state.

【0058】それに応じて、ステップ103において、
FIA演算ユニット59は、波形データ記憶回路60か
ら読み出した計測信号を処理して、各ウエハマークMx
i,Myiのステージ座標系(X,Y)での座標値を算
出する。この計測された座標値は図4のアライメントデ
ータ記憶部61を介してEGA演算ユニット62に供給
され、ステップ104において、EGA演算ユニット6
2は、ウエハマークの設計上の座標値及び計測された座
標値より、(数1)を満足する6個の変換パラメータa
〜fの値を単純な最小自乗法を用いて求める。これがE
GA計算と呼ばれる計算である。
In response, in step 103,
The FIA operation unit 59 processes the measurement signal read from the waveform data storage circuit 60, and processes each of the wafer marks Mx
The coordinate values of i and Myi in the stage coordinate system (X, Y) are calculated. The measured coordinate values are supplied to the EGA calculation unit 62 via the alignment data storage unit 61 in FIG.
2 are six conversion parameters a satisfying (Equation 1) from the design coordinate values of the wafer mark and the measured coordinate values.
Ff are obtained using a simple least squares method. This is E
This is a calculation called GA calculation.

【0059】次に、ステップ105においてEGA演算
ユニット62は、ステップ104で求めた変換パラメー
タa〜fを用いて計算した計算上の配列座標値と、計測
された座標値との残留誤差成分、即ち計算上の配列座標
値と計測された座標値との残差の自乗和を求める。ウエ
ハマークMxnのX方向の計算上の座標値をXn 、計測
された座標値をXMn として、ウエハマークMynのY
方向の計算上の座標値をYn 、計測された座標値をYM
n とすると、EGA方式での残留誤差成分は次のように
定義される。但し、mの値は9である。
Next, in step 105, the EGA calculation unit 62 calculates a residual error component between the calculated array coordinate value calculated using the conversion parameters a to f obtained in step 104 and the measured coordinate value, that is, The sum of squares of the residual between the calculated array coordinate value and the measured coordinate value is obtained. Assuming that the calculated coordinate value of the wafer mark Mxn in the X direction is X n , and the measured coordinate value is XM n , Y of the wafer mark Myn
The calculated coordinate value of the direction is Y n , and the measured coordinate value is YM
If n , the residual error component in the EGA method is defined as follows. However, the value of m is 9.

【0060】[0060]

【数2】 (Equation 2)

【0061】今は1回目のEGA計算であるため、EG
A演算ユニット62は、求めた変換パラメータa〜f及
び残留誤差成分を記憶部63に記憶させた後、ステップ
106に移行し、設定されている計測パラメータの値P
1 をも記憶部63に記憶させる。その後、ステップ10
7において、EGA演算ユニット62は計測パラメータ
を変化させるかどうか調べ、計測パラメータを変化させ
る場合には、ステップ108で計測パラメータの値を所
定値だけ変化させてから、ステップ103に戻る。
Since this is the first EGA calculation, EG
After storing the obtained conversion parameters a to f and the residual error component in the storage unit 63, the A operation unit 62 proceeds to step 106 and sets the value P of the set measurement parameter.
1 is also stored in the storage unit 63. Then, step 10
In step 7, the EGA calculation unit 62 checks whether to change the measurement parameter. If the measurement parameter is to be changed, the value of the measurement parameter is changed by a predetermined value in step 108, and the process returns to step 103.

【0062】そして、FIA演算ユニット59が、更新
された計測パラメータを用いて波形データ記憶回路60
から読み出した計測信号を処理して、各ウエハマークM
xi,Myiのステージ座標系(X,Y)での座標値を
算出する。そして、ステップ104において、EGA演
算ユニット62が、ウエハマークの設計上の座標値及び
計測された座標値より、(数1)を満足する6個の変換
パラメータa〜fの値を最小自乗法を用いて求める。
Then, the FIA operation unit 59 uses the updated measurement parameters to generate the waveform data storage circuit 60.
Processing the measurement signal read from the
The coordinate values of xi and Myi in the stage coordinate system (X, Y) are calculated. Then, in step 104, the EGA arithmetic unit 62 calculates the values of the six conversion parameters a to f satisfying (Equation 1) from the design coordinate values and the measured coordinate values of the wafer mark by the least square method. Determine using

【0063】次に、ステップ105においてEGA演算
ユニット62は、ステップ104で求めた変換パラメー
タa〜fを用いて計算した計算上の配列座標値と、計測
された座標値との残留誤差成分を求め、記憶部63に記
憶されている残留誤差成分と比較する。そして、今回の
残留誤差成分が記憶されているもの以上である場合には
動作はステップ107に移行する。一方、今回の残留誤
差成分が記憶されているものより小さい場合、即ちこれ
までに得られた残留誤差成分の内で最小である場合に
は、EGA演算ユニット62は、求めた変換パラメータ
a〜f及び残留誤差成分を記憶部63に記憶させた後、
ステップ106に移行し、今回設定されている計測パラ
メータの値P2 をも記憶部63に記憶させる。
Next, in step 105, the EGA calculation unit 62 calculates a residual error component between the calculated array coordinate value calculated using the conversion parameters a to f obtained in step 104 and the measured coordinate value. , Is compared with the residual error component stored in the storage unit 63. Then, if the current residual error component is equal to or larger than the stored residual error component, the operation proceeds to step 107. On the other hand, when the current residual error component is smaller than the stored residual error component, that is, when the residual error component is the smallest among the residual error components obtained so far, the EGA calculation unit 62 determines the calculated conversion parameters a to f. And after storing the residual error component in the storage unit 63,
The process proceeds to step 106, where the storage unit 63 also stores the measurement parameter value P 2 set this time.

【0064】その後、ステップ107において、計測パ
ラメータを変化させる場合には、ステップ108〜10
7までが繰り返され、ステップ107において、計測パ
ラメータをこれ以上変化させない場合には、ステップ1
09においてシステムコントローラ65は、評価する計
測パラメータが他に有るかどうかを調べる。他に評価す
る計測パラメータが有る場合には、システムコントロー
ラ65はステップ110において、評価のため変化させ
る計測パラメータの種類をEGA演算ユニット62に指
示する。これに応じてEGA演算ユニット62は、評価
する計測パラメータの種類を変えてステップ103〜1
08の動作を繰り返して、残留誤差成分が最小となると
きの変換パラメータa〜f、その最小の残留誤差成分及
びそのときの計測パラメータの値を記憶部62に記憶さ
せる。
Thereafter, when the measurement parameters are changed in Step 107, Steps 108 to
7 are repeated, and in step 107, when the measurement parameter is not changed any more, step 1
At 09, the system controller 65 checks whether there is any other measurement parameter to be evaluated. If there is another measurement parameter to be evaluated, the system controller 65 instructs the EGA calculation unit 62 at step 110 to indicate the type of the measurement parameter to be changed for the evaluation. In response to this, the EGA calculation unit 62 changes the type of the measurement parameter to be evaluated, and
The operation 08 is repeated, and the conversion parameters a to f when the residual error component is minimized, the minimum residual error component and the value of the measurement parameter at that time are stored in the storage unit 62.

【0065】そして、ステップ109において、他に評
価する計測パラメータが無くなったときに動作はステッ
プ111に移行し、EGA演算ユニット62は、残留誤
差が最小になるときの変換パラメータa〜f及び各ショ
ット領域ESiの設計上の配列座標値を(数1)に代入
して、各ショット領域ESiの計算上の配列座標値を求
める。また、FIA系、LIA系及びLSA系のアライ
メントセンサーの計測中心と投影光学系13の露光フィ
ールド内の基準点との間隔であるベースライン量はそれ
ぞれ予め求められている。そこで、ステップ112にお
いてシステムコントローラ65は、EGA演算ユニット
62で算出された配列座標にベースライン量の補正を行
って得られた計算上の座標値に基づいて、順次各ショッ
ト領域ESiの位置決めを行って、レチクルRのパター
ン像を露光する。
In step 109, when there are no more measurement parameters to be evaluated, the operation proceeds to step 111, and the EGA operation unit 62 determines the conversion parameters a to f and each shot when the residual error is minimized. The calculated array coordinate value of each shot area ESi is obtained by substituting the designed array coordinate value of the area ESi into (Equation 1). In addition, a baseline amount, which is an interval between the measurement center of the alignment sensor of the FIA system, the LIA system, and the LSA system, and the reference point in the exposure field of the projection optical system 13 is obtained in advance. Therefore, in step 112, the system controller 65 sequentially positions each shot area ESi based on the calculated coordinate values obtained by correcting the array coordinates calculated by the EGA operation unit 62 with the baseline amount. Then, the pattern image of the reticle R is exposed.

【0066】そして、1枚のウエハWの全ショット領域
への露光が終了してから、そのウエハWの搬出が行われ
る。その後、同一ロット内で待機しているウエハに対し
ても、図1の流れに従って計測パラメータの自動最適化
を行ってから、そのウエハへの露光が行われる。但し、
同一ロットであれば得られる計測信号の傾向は類似して
いることが多いため、同一ロット内の2枚目以降のウエ
ハに対しては、先頭のウエハで決定された計測パラメー
タを使用するようにしてもよい。
After the exposure of all shot areas of one wafer W is completed, the wafer W is unloaded. After that, the measurement parameters are automatically optimized in accordance with the flow of FIG. 1 for the wafers waiting in the same lot, and then the wafers are exposed. However,
Since the tendency of measurement signals obtained in the same lot is often similar, the measurement parameters determined for the first wafer should be used for the second and subsequent wafers in the same lot. You may.

【0067】なお、上述の実施例では、計測パラメータ
を最適化するのに、残留誤差成分が最小になる条件を用
いているが、それ以外に例えば変換パラメータa〜fの
内のスケーリングパラメータa及びdが計測値に最も近
づくように計測パラメータを最適化する手法も考えられ
る。即ち、(数1)から分かるように、スケーリングパ
ラメータa及びdはウエハの線形伸縮量を表すパラメー
タである。この場合、予めウエハ上に2個のマークを所
定間隔で形成しておき、2回目以降の露光の前にそれら
2個のマークの間隔を計測することにより、それらスケ
ーリングパラメータa及びdの値は推定できる。そこ
で、図1のステップ105において、残留誤差成分が最
小かどうかを調べる代わりに、ステップ104で求めら
れた変換パラメータa〜fの内のスケーリングパラメー
タa及びdと、その推定される値との偏差の自乗和を求
め、この自乗和が最も小さくなるように計測パラメータ
を最適化してもよい。
In the above-described embodiment, the condition for minimizing the residual error component is used for optimizing the measurement parameters. In addition, for example, the scaling parameters a and f among the conversion parameters a to f are used. A method of optimizing the measurement parameters so that d is closest to the measured value is also conceivable. That is, as can be seen from (Equation 1), the scaling parameters a and d are parameters representing the amount of linear expansion and contraction of the wafer. In this case, two marks are formed at predetermined intervals on the wafer in advance, and the distance between these two marks is measured before the second and subsequent exposures. Can be estimated. Therefore, in step 105 of FIG. 1, instead of checking whether the residual error component is the minimum, the deviation between the scaling parameters a and d among the conversion parameters a to f obtained in step 104 and the estimated value is calculated. May be obtained, and the measurement parameters may be optimized such that the sum of the squares is minimized.

【0068】次に、本発明の第2実施例につき図9を参
照して説明する。本例でも図2〜図4に示す投影露光装
置を使用するが、本例では第1実施例で使用されたEG
A方式のアライメントを更に改良した、第1の重み付き
のエンハーンスト・グローバル・アライメント方式(以
下、「W1−EGA方式」という)のアライメントを行
う。このW1−EGA方式のアライメントでは、後述の
ようにサンプルショットとの距離に応じて重み付けが行
われる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the projection exposure apparatus shown in FIGS. 2 to 4 is used. In this embodiment, the EG used in the first embodiment is used.
A first weighted enhanced global alignment method (hereinafter, referred to as “W1-EGA method”), which is a further improved alignment of the A method, is performed. In the W1-EGA type alignment, weighting is performed according to the distance from the sample shot as described later.

【0069】図9は本例で露光対象とするウエハWを示
し、この図9において、ウエハW上のi番目のショット
領域ESiの計算上の座標位置を決定する際、このショ
ット領域ESiとm個(図9ではm=9)のサンプルシ
ョットSA1〜SA9との間の距離LK1〜LK9に応
じて、それら9個のサンプルショットの計測された座標
位置(アライメントデータ)のそれぞれに重みWinが与
えられる。そのため、このW1−EGA方式では、EG
A方式における(数2)の残留誤差成分の代わりに、次
の(数3)よりなる残留誤差成分Eiを定義する。
FIG. 9 shows a wafer W to be exposed in this example. In FIG. 9, when determining the calculated coordinate position of the i-th shot area ESi on the wafer W, the shot areas ESi and m number in accordance with the distance LK1~LK9 between the sample shots SA1~SA9 of (m = 9 in FIG. 9), the weight W in each of the measured coordinate positions of the nine sample shots (alignment data) Given. Therefore, in this W1-EGA system, EG
Instead of the residual error component of (Formula 2) in the A system, a residual error component Ei of the following (Formula 3) is defined.

【0070】[0070]

【数3】 (Equation 3)

【0071】そして、このように定義される残留誤差成
分Eiが最小になるように(数1)の変換パラメータa
〜fの値が決定される。なお、ここでは各ショット領域
ESi毎に使用するサンプルショットSA1〜SA9は
同一であるが、当然に各ショット領域ESi毎に各サン
プルショットSAnまでの距離は異なる。従って、サン
プルショットSAnの座標位置(アライメントデータ)
に与える重みWinはショット領域ESi毎に変化する。
そして、ショット領域ESi毎に変換パラメータa〜f
を決定して、(数1)より計算上の座標位置を算出する
ことにより、ウエハW上の全ショット領域の計算上の配
列座標(ショット配列)が決定される。
Then, the conversion parameter a of (Equation 1) is set such that the residual error component Ei defined in this manner is minimized.
Are determined. Here, the sample shots SA1 to SA9 used for each shot area ESi are the same, but the distance to each sample shot SAn is naturally different for each shot area ESi. Therefore, the coordinate position (alignment data) of the sample shot SAn
The weight W in is changed for each shot area ESi give in.
Then, conversion parameters a to f are set for each shot area ESi.
Is determined, and the calculated coordinate position is calculated from (Equation 1), whereby the calculated array coordinates (shot array) of all shot areas on the wafer W are determined.

【0072】このようにW1−EGA方式ではウエハW
上の各ショット領域ESi毎に、各サンプルショットS
Anの座標データに対する重みWinが変化する。一例と
してその重みWinを、i番目のショット領域ESiとn
番目のサンプルショットSAnとの距離LKnの関数と
して次のように表す。但し、パラメータSは重み付けの
度合いを変更するためのパラメータである。
As described above, in the W1-EGA system, the wafer W
For each shot area ESi above, each sample shot S
The weight W in changes to the An of the coordinate data. The weight W in an example, i-th shot area ESi and n
It is expressed as follows as a function of the distance LKn from the sample shot SAn. However, the parameter S is a parameter for changing the degree of weighting.

【0073】[0073]

【数4】 (Equation 4)

【0074】この(数4)から明かなように、i番目の
ショット領域ESiまでの距離LKnが短いサンプルシ
ョットSAn程、そのアライメントデータに与える重み
inが大きくなるようになっている。また、(数4)に
おいて、パラメータSの値が十分大きい場合、統計演算
処理の結果は第1実施例のEGA方式で得られる結果と
ほぼ等しくなる。一方、ウエハ上の露光すべきショット
領域ESiを全てサンプルショットSAnとし、パラメ
ータSの値を十分零に近づけると、各ショット領域毎に
ウエハマークの位置を計測して位置合わせを行う所謂ダ
イ・バイ・ダイ方式で得られる結果とほぼ等しくなる。
即ち、W1−EGA方式では、パラメータSを適当な値
に設定することにより、EGA方式とダイ・バイ・ダイ
方式との中間の効果を得ることができる。例えば、非線
形成分が大きなウエハに対しては、パラメータSの値を
小さく設定することで、ダイ・バイ・ダイ方式とほぼ同
等の効果(アライメント精度)を得ることができ、非線
形成分によるアライメント誤差を良好に除去することが
できる。また、アライメントセンサーの計測再現性が悪
い場合には、パラメータSの値を大きく設定すること
で、EGA方式とほぼ同等の効果を得ることができ、平
均化効果によりアライメント誤差を低減することができ
る。
[0074] As is clear from this (number 4), as the i-th distance LKn short sample shot SAn to the shot area ESi, so that the weight W in giving to the alignment data becomes large. Also, in (Equation 4), when the value of the parameter S is sufficiently large, the result of the statistical operation processing is substantially equal to the result obtained by the EGA method of the first embodiment. On the other hand, if all shot areas ESi to be exposed on the wafer are sample shots SAn and the value of the parameter S is sufficiently close to zero, a so-called die-by-die measurement is performed for measuring the position of the wafer mark for each shot area. -It is almost equal to the result obtained by the die method.
That is, in the W1-EGA system, by setting the parameter S to an appropriate value, an intermediate effect between the EGA system and the die-by-die system can be obtained. For example, for a wafer having a large non-linear component, by setting the value of the parameter S small, it is possible to obtain an effect (alignment accuracy) substantially equal to the die-by-die method, and to reduce an alignment error due to the non-linear component. It can be removed well. Further, when the measurement reproducibility of the alignment sensor is poor, by setting a large value of the parameter S, it is possible to obtain substantially the same effect as in the EGA method, and it is possible to reduce the alignment error by the averaging effect. .

【0075】更に、(数4)の重み付け関数は、X方向
用のウエハマークMxiとY方向用のウエハマークMy
iとに対して別々に用意されており、X方向とY方向と
で重みWinを独立に設定することができるようになって
いる。このため、ウエハの非線形歪みの程度(大小)、
規則性又はステップピッチ、即ち隣接した2つのショッ
ト領域の中心間距離(ウエハ上のストリートラインの幅
にも依るが、ほぼショットサイズに対応した値)がX方
向とY方向とで異なっていても、パラメータSの値を独
立に設定することで、ウエハ上のショット配列誤差を高
精度に補正することができるようになっている。この
際、パラメータSの値は上記の如くX方向とY方向とで
異ならせるようにしても良く、更にX方向及びY方向の
パラメータSの値が同一又は異なる場合の何れであって
も、パラメータSの値は、「規則的な非線形歪み」の大
小、規則性、ステップピッチ又はアライメントセンサー
の計測再現性等に応じて適宜変更すれば良い。
Further, the weighting function of (Equation 4) is defined by the wafer mark Mxi for the X direction and the wafer mark My for the Y direction.
i and are separately prepared, so that the weight Win can be set independently in the X direction and the Y direction. Therefore, the degree (large or small) of the nonlinear distortion of the wafer,
Even if the regularity or the step pitch, that is, the distance between the centers of two adjacent shot areas (although depending on the width of the street line on the wafer, a value substantially corresponding to the shot size) is different between the X direction and the Y direction. By independently setting the value of the parameter S, the shot arrangement error on the wafer can be corrected with high accuracy. At this time, the value of the parameter S may be different between the X direction and the Y direction as described above, and even if the value of the parameter S in the X direction and the Y direction is the same or different, The value of S may be appropriately changed according to the magnitude of the “regular nonlinear distortion”, regularity, step pitch, measurement reproducibility of the alignment sensor, and the like.

【0076】以上のことから、パラメータSの値を適宜
変更することで、EGA方式からダイ・バイ・ダイ方式
までその効果を変えることができる。従って、各種レイ
ア、更には各成分(X方向及びY方向)に対し、例えば
非線形成分の特徴(例えば大小、規則性等)、ステップ
ピッチ、アライメントセンサーの計測再現性の良否等に
応じてアライメントを柔軟に変更させ、各レイア、各成
分に対して最適な条件でアライメントを行うことができ
る。
As described above, the effect can be changed from the EGA system to the die-by-die system by appropriately changing the value of the parameter S. Therefore, alignment is performed for various layers and further for each component (X direction and Y direction) in accordance with, for example, characteristics of nonlinear components (for example, magnitude, regularity, etc.), step pitch, and the reproducibility of measurement of the alignment sensor. The alignment can be flexibly changed, and alignment can be performed under optimum conditions for each layer and each component.

【0077】上述のW1−EGA方式に本発明を適用し
た場合の動作の一例につき説明する。即ち、この場合に
は図1のステップ104に対応して、(数3)で定義さ
れる残留誤差成分Eiが最小(極値)になるように、
(数1)の変換パラメータa〜fの値を定める。そし
て、ステップ105に対応して、それまでに求めた残留
誤差成分Eiが最小になるときの変換パラメータa〜f
の値を採用するようにする。他の動作は第1実施例と同
様である。従って、この例では(数3)の重み付きの残
留誤差成分Eiが最小になるように、計測パラメータ等
の信号処理条件、更にはパラメータSの値が最適化され
る。
An example of the operation when the present invention is applied to the above-described W1-EGA method will be described. That is, in this case, corresponding to step 104 in FIG. 1, the residual error component Ei defined by (Equation 3) is minimized (extreme).
The values of the conversion parameters a to f in (Equation 1) are determined. Then, corresponding to step 105, the conversion parameters a to f when the residual error component Ei obtained so far is minimized.
Is adopted. Other operations are the same as in the first embodiment. Accordingly, in this example, signal processing conditions such as measurement parameters and the value of the parameter S are optimized so that the weighted residual error component Ei of (Equation 3) is minimized.

【0078】次に、図10を参照して、第2の重み付き
のエンハースト・グローバル・アライメント方式(以
下、「W2−EGA方式」という)のアライメント方法
につき説明する。ここでは説明を簡単にするため、ウエ
ハWに規則的に、特に点対称な非線形歪みが生じ、且つ
その点対称中心がウエハWの中心(ウエハセンター)と
一致しているものとする。
Next, with reference to FIG. 10, a description will be given of the alignment method of the second weighted Enhanced Global Alignment method (hereinafter referred to as "W2-EGA method"). Here, for the sake of simplicity, it is assumed that non-linear distortion, particularly point-symmetric, occurs regularly in the wafer W, and the center of the point symmetry coincides with the center of the wafer W (wafer center).

【0079】図10は本例で露光対象とするウエハWを
示し、この図10において、ウエハWの変形中心点(非
線形歪みの点対称中心)、即ちウエハセンターWcと、
ウエハW上のi番目のショット領域ESiとの間の距離
(半径)をLEiとして、ウエハセンターWcとm個
(図10ではm=9)のサンプルショットSA1〜SA
9のそれぞれとの間の距離(半径)をLW1〜LW9と
する。そして、このW2−EGA方式でも、W1−EG
A方式と同様に、距離LEi及び距離LW1〜LW9に
応じて、9個のサンプルショットSA1〜SA9のアラ
イメントデータの各々に重みWin′を与える。このW2
−EGA方式では、サンプルショット毎にその2組のウ
エハマーク(Mxi,Myi)を検出した後、(数3)
と同様に、残留誤差成分Ei′を次の(数5)で定義
し、その(数5)が最小となるように(数1)の変換パ
ラメータa〜fの値を決定する。
FIG. 10 shows a wafer W to be exposed in this example. In FIG. 10, a deformation center point of the wafer W (a point symmetric center of nonlinear distortion), that is, a wafer center Wc,
Let LEi be the distance (radius) between the i-th shot area ESi on the wafer W and the wafer center Wc and m (m = 9 in FIG. 10) sample shots SA1 to SA.
The distance (radius) between each of the light emitting elements 9 is LW1 to LW9. In this W2-EGA system, W1-EG
Like the A-system, in accordance with the distance LEi and distance LW1~LW9, giving a weight W in 'to each of the alignment data of the nine sample shots SA1~SA9. This W2
In the EGA method, after detecting two sets of wafer marks (Mxi, Myi) for each sample shot, (Equation 3)
Similarly, the residual error component Ei 'is defined by the following (Equation 5), and the values of the conversion parameters a to f of (Equation 1) are determined so that (Equation 5) is minimized.

【0080】[0080]

【数5】 (Equation 5)

【0081】このW2−EGA方式でもW1−EGA方
式と同様に、アライメントデータに与える重みWin′は
ショット領域ESi毎に変化するため、ショット領域E
Si毎に統計演算を行って変換パラメータa〜fを決定
して、その計算上の配列座標値を決定することになる。
そして、ウエハW上の各ショット領域ESi毎に、各サ
ンプルショットに対する重みWin′を変化させるため、
(数5)における重みWin′を、ウエハW上のi番目の
ショット領域ESiとウエハセンターWcとの距離(半
径)LEiの関数として次のように表す。但し、パラメ
ータSは重み付けの度合を変更するためのパラメータで
ある。
[0081] Similar to the W1-EGA method in this W2-EGA method, since the weight W in providing the alignment data 'is to be changed for each shot area ESi, shot area E
The conversion parameters a to f are determined by performing a statistical operation for each Si, and the calculated array coordinate values are determined.
Then, for each shot area ESi on the wafer W, for changing the weight W in 'for each sample shot,
The weight W in 'in equation (5), expressed as a function distance (radius) LEi of the i-th shot area ESi and the wafer center Wc of the wafer W as follows. However, the parameter S is a parameter for changing the degree of weighting.

【0082】[0082]

【数6】 (Equation 6)

【0083】この(数6)から明かなように、サンプル
ショットSAnからウエハセンターWcに対する距離L
Wnが、ウエハセンターWcとウエハW上のi番目のシ
ョット領域ESiとの間の距離LEiに近いサンプルシ
ョット程、そのアライメントデータに与える重みWin
が大きくなるようになっている。換言すれば、ウエハエ
ンターWcを中心とした半径LEiの円上に位置するサ
ンプルショットのアライメントデータに対して最も大き
な重みWin′が与えられ、その円から半径方向に離れる
に従ってアライメントデータに対する重みWin′が小さ
くなっている。
As is apparent from (Equation 6), the distance L from the sample shot SAn to the wafer center Wc is
Wn is, the smaller the sample shot close to the distance LEi between the i-th shot area ESi on the wafer center Wc and the wafer W, the weight W in 'to be given to the alignment data
Is becoming larger. In other words, the largest weight W in 'is given to the sample shots alignment data located on a circle of radius LEi around the wafer enter Wc, the weight W for alignment data with distance radially from the circle in ′ is smaller.

【0084】また、(数6)におけるパラメータSの値
は、W1−EGA方式と同様に要求されるアライメント
精度、非線形歪みの特徴(例えば大小、規則性等)、ス
テップピッチ、アライメントセンサーの計測再現性の良
否等に応じて適宜定めれば良い。即ち、非線形成分が比
較的大きいときには、パラメータSの値をより小さく設
定することで、ウエハセンターWcからの距離LWnが
大きく異なるサンプルショットの影響を小さくすること
ができる。一方、非線形成分が比較的小さいときには、
パラメータSの値をより大きく設定することで、計測再
現性が悪いアライメントセンサー(又はレイア)におけ
るアライメント精度の低下を防止することができる。
The value of the parameter S in (Equation 6) is the same as the W1-EGA method, which is required for the alignment accuracy, the characteristics of nonlinear distortion (for example, large and small, regularity, etc.), the step pitch, and the measurement reproduction of the alignment sensor. What is necessary is just to determine suitably according to the quality of sex. That is, when the nonlinear component is relatively large, by setting the value of the parameter S to be smaller, it is possible to reduce the influence of a sample shot having a significantly different distance LWn from the wafer center Wc. On the other hand, when the nonlinear component is relatively small,
By setting the value of the parameter S to be larger, it is possible to prevent a decrease in alignment accuracy in an alignment sensor (or a layer) having poor measurement reproducibility.

【0085】更に、W2−EGA方式では、ウエハW上
の点対称中心からほぼ等距離にある複数のショット領
域、即ちその点対称中心を中心とした同一の円上に位置
する複数のショット領域の各々では、当然ながらサンプ
ルショットのアライメントデータに与える重みWin′が
同一となる。このため、その点対称中心を中心とした同
一の円上に複数のショット領域が位置している場合、何
れか1つのショット領域のみにおいて上記の重み付け及
び統計演算を行って変換パラメータa〜fを算出すれ
ば、残りのショット領域については先に算出したパラメ
ータa〜fをそのまま用いてその座標位置を決定するこ
とができる。これにより、座標位置決定のための計算量
が減少するという利点がある。
Further, in the W2-EGA system, a plurality of shot areas which are substantially equidistant from the point symmetry center on the wafer W, ie, a plurality of shot areas located on the same circle centered on the point symmetry center. in each, the weight W in 'is the same given to the course of the sample shot alignment data. For this reason, when a plurality of shot areas are located on the same circle centered on the point symmetry center, the above-mentioned weighting and statistical calculation are performed on only one of the shot areas to convert the conversion parameters a to f. Once calculated, the coordinate positions of the remaining shot areas can be determined using the previously calculated parameters a to f as they are. This has the advantage that the amount of calculation for determining the coordinate position is reduced.

【0086】ところで、W2−EGA方式に好適なサン
プルショットの配置は、非線形歪みの点対称中心、即ち
ウエハセンターWcに関して対称となるように指定する
ことが望ましく、例えばウエハセンターWcを基準とし
たX字型又は十字型等に指定すれば良い。それ以外に、
W1−EGA方式と同様の配置としても良い。また、非
線形歪みの点対称中心がウエハセンターWc以外の場合
には、その点対称中心を基準としたX字型又は十字型の
配置とすればよい。また、変換パラメータa〜fの値を
決定するに際しては、(数5)に示す重み付け関数をX
方向及びY方向の各々で独立に設定するようにしても良
い。
Incidentally, it is desirable that the arrangement of sample shots suitable for the W2-EGA method be specified so as to be symmetrical with respect to the point symmetric center of the nonlinear distortion, that is, the wafer center Wc. What is necessary is just to specify a character shape, a cross shape, etc. Besides that,
The arrangement may be the same as in the W1-EGA system. When the point of symmetry of the nonlinear distortion is other than the wafer center Wc, an X-shaped or cross-shaped arrangement based on the point of symmetry may be used. When determining the values of the conversion parameters a to f, the weighting function shown in (Equation 5) is expressed by X
It may be set independently in each of the direction and the Y direction.

【0087】このW2−EGA方式でアライメントを行
う際に本発明を適用した場合には、例えば図1のステッ
プ104に対応して、(数5)の残留誤差成分Ei′が
最小(極値)となるように(数1)の変換パラメータa
〜fの値を求めればよい。そして、ステップ105に対
応して、その残留誤差成分Ei′が最小となるときの変
換パラメータa〜fの値やパラメータSの値を採用すれ
ばよい。
When the present invention is applied when the alignment is performed by the W2-EGA method, the residual error component Ei 'of (Equation 5) is minimized (extreme value), for example, corresponding to step 104 in FIG. The conversion parameter a of (Equation 1)
What is necessary is just to obtain the value of -f. Then, corresponding to step 105, the values of the conversion parameters a to f and the value of the parameter S when the residual error component Ei 'is minimized may be adopted.

【0088】次に、W1−EGA方式及びW2−EGA
方式において重み付けの度合いを表すパラメータSの決
定方法につき説明する。先ず一例として、次式によりパ
ラメータSの値を決定することができる。この式におい
て、Dは重みパラメータであり、オペレータが重みパラ
メータDの値を所定値に設定することにより、自動的に
パラメータS、ひいては重みWin、Win′が決定され
る。
Next, the W1-EGA system and the W2-EGA
A method for determining a parameter S representing the degree of weighting in the method will be described. First, as an example, the value of the parameter S can be determined by the following equation. In this formula, D is a weighting parameter, by the operator to set the value of the weighting parameter D to a predetermined value, automatically parameter S, and thus the weight W in, W in 'is determined.

【0089】[0089]

【数7】S=D2 /(8・loge10) この重みパラメータDの物理的意味は、ウエハ上の各シ
ョット領域の座標位置を計算するのに有効なサンプルシ
ョットの範囲(以下、単に「ゾーン」と呼ぶ)である。
即ち、ゾーンが大きい場合は有効なサンプルショットの
数が多くなるので、従来のEGA方式で得られる結果に
近くなる。逆に、ゾーンが小さい場合は、有効なサンプ
ルショットの数が少なくなるので、ダイ・バイ・ダイ方
式で得られる結果に近くなる。但し、ここで言うゾーン
は、あくまでも重み付けする上での目安の値であり、仮
に全てのサンプルショットがゾーン外に存在することに
なっても、座標位置を決定すべきショット領域に最も近
いサンプルショットのアライメントデータに関する重み
を最大にして統計計算を行うことになる。
S = D 2 / (8 · log e 10) The physical meaning of the weight parameter D is the range of sample shots effective for calculating the coordinate position of each shot area on the wafer (hereinafter simply referred to as “the range of sample shots”). "Zone").
That is, when the zone is large, the number of effective sample shots increases, and the result is close to the result obtained by the conventional EGA method. Conversely, when the zone is small, the number of valid sample shots is small, and the result is close to the result obtained by the die-by-die method. However, the zone referred to here is only a guide value for weighting, and even if all sample shots exist outside the zone, the sample shot closest to the shot area whose coordinate position should be determined The statistical calculation is performed by maximizing the weight of the alignment data.

【0090】また、パラメータSを決定する式は(数
7)に限定されず、例えば次の(数8)を用いることも
できる。但し、ウエハの面積をA[mm2 ]、サンプル
ショットの数をm、補正係数(正の実数)をCとしてい
る。
The equation for determining the parameter S is not limited to (Equation 7). For example, the following (Equation 8) can be used. However, the area of the wafer is A [mm 2 ], the number of sample shots is m, and the correction coefficient (positive real number) is C.

【0091】[0091]

【数8】S=A/(m・C) この(数8)はウエハサイズ(面積)やサンプルショッ
トの数の変化をパラメータSの決定に反映させること
で、当該決定に際して使用すべき補正係数Cの最適値が
あまり変動しないようにしたものである。その補正係数
Cが小さい場合はパラメータSの値が大きくなり、従来
のEGA方式で得られる結果に近くなり、補正係数Cが
大きい場合は、パラメータSの値が小さくなるので、ダ
イ・バイ・ダイ方式で得られる結果に近くなる。従っ
て、予め実験又はシミュレーション等によって決定した
補正係数Cを、オペレータ又は識別コードの読み取り装
置を介して露光装置に入力するだけで、(数8)からア
ライメントデータに対する重み付けの度合い、即ち(数
4)、(数6)で定まる重みWin、Win′が自動的に決
定される。
S = A / (m · C) This (Equation 8) is obtained by reflecting a change in the wafer size (area) or the number of sample shots in the determination of the parameter S, and using a correction coefficient to be used in the determination. The optimum value of C does not change much. When the correction coefficient C is small, the value of the parameter S is large, which is close to the result obtained by the conventional EGA method. When the correction coefficient C is large, the value of the parameter S is small, so that the die-by-die Approach the results obtained with the method. Therefore, by simply inputting the correction coefficient C determined in advance by experiment or simulation into the exposure apparatus via the operator or the identification code reading device, the degree of weighting of the alignment data from (Equation 8), that is, (Equation 4) , the weight W in which is determined by the (number 6), and W in 'is automatically determined.

【0092】このため、各種レイア、更には各成分(X
方向及びY方向)に対し、例えば非線形成分の特徴(例
えば大小、規則性等)、ステップピッチ、アライメント
センサーの計測再現性の良否等に応じてアライメントを
柔軟に変更させ、各レイア、各成分に対して最適な条件
でアライメントを行うことができる。特に(数8)を用
いる場合、ウエハサイズ、ステップピッチ(ショットサ
イズ)、サンプルショット数等が変化しても、この変化
に依らずウエハ上の全てのショット領域の座標位置を正
確に決定でき、常に安定した精度で位置合わせを行うこ
とができる。
For this reason, various layers and furthermore each component (X
Direction and Y direction), the alignment is flexibly changed according to, for example, the characteristics of the non-linear component (for example, size, regularity, etc.), the step pitch, the reproducibility of the measurement of the alignment sensor, and the like. Alignment can be performed under optimal conditions. In particular, when (Equation 8) is used, even if the wafer size, the step pitch (shot size), the number of sample shots, and the like change, the coordinate positions of all shot areas on the wafer can be accurately determined regardless of the change. Positioning can always be performed with stable accuracy.

【0093】なお、本発明は上述実施例に限定されず本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得るこ
とは勿論である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can take various configurations without departing from the gist of the present invention.

【0094】[0094]

【発明の効果】本発明によれば、信号処理条件毎に求め
られた複数組の変換パラメータのうち、何れか1組の変
換パラメータを、所定条件に基づいて選択し、この選択
された1組の変換パラメータを用いて、基板上の複数の
被加工領域の各々の静止座標系上における配列情報を算
出しているので、信号処理条件を自動的に最適化するこ
とができる。また、残留誤差成分が最小になるように信
号処理条件を最適化した場合には、位置合わせ誤差を最
小にした上で信号処理条件を最適化できる利点がある。
また、これまで例えばプロセス毎に決定していた信号処
理条件を自動的に最適化できるので、人為的な誤りが防
止でき、誤差が低減できる。
According to the present invention , the value obtained for each signal processing condition is obtained.
Any one of a set of conversion parameters
Exchange parameters are selected based on predetermined conditions.
Using a set of conversion parameters obtained, a plurality of
Calculates array information on each stationary coordinate system of the work area
Automatically optimize signal processing conditions.
Can be. Further, when the signal processing conditions are optimized so that the residual error component is minimized, there is an advantage that the signal processing conditions can be optimized while minimizing the alignment error.
In addition, since signal processing conditions that have been determined for each process can be automatically optimized, human errors can be prevented and errors can be reduced.

【0095】また、例えば1ロット中の先頭の1枚のウ
エハについて信号処理条件を最適化して、後はその信号
処理条件を用いることで、スループットの低下を防止で
きる利点がある。
Further, for example, by optimizing the signal processing conditions for the first wafer in one lot and using the signal processing conditions thereafter, there is an advantage that a decrease in throughput can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による位置合わせ方法の第1実施例を示
すフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart showing a first embodiment of a positioning method according to the present invention.

【図2】第1実施例の位置合わせ方法が適用される投影
露光装置を示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a projection exposure apparatus to which the alignment method according to the first embodiment is applied.

【図3】図2中のTTL方式のアライメントセンサー1
7の詳細な構成を示すブロック図である。
FIG. 3 is a TTL alignment sensor 1 shown in FIG. 2;
7 is a block diagram showing a detailed configuration of FIG.

【図4】図2中の主制御系18等の詳細な構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a detailed configuration of a main control system 18 and the like in FIG. 2;

【図5】(a)は第1実施例で露光されるウエハ上のシ
ョット領域の配列を示す平面図、(b)はLIA系用の
ウエハマークの検出方法の説明図、(c)はLSA系用
のウエハマークの検出方法の説明図である。
5A is a plan view showing an arrangement of shot areas on a wafer to be exposed in the first embodiment, FIG. 5B is an explanatory diagram of a method for detecting a wafer mark for an LIA system, and FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram of a method of detecting a system wafer mark.

【図6】(a)はFIA系のアライメントセンサーの撮
像素子の観察領域を示す図、(b)は図6(a)に対応
する撮像信号を示す波形図である。
6A is a diagram illustrating an observation region of an image sensor of an FIA-based alignment sensor, and FIG. 6B is a waveform diagram illustrating an image signal corresponding to FIG. 6A.

【図7】(a)はLSA系のアライメントセンサー用の
ウエハマーク及び検出用のスポット光を示す拡大平面
図、(b)は図7(a)に対応する検出信号を示す波形
図、(c)〜(e)はそれぞれ非対称な検出信号の例を
示す波形図である。
7A is an enlarged plan view showing a wafer mark for an LSA-based alignment sensor and a spotlight for detection, FIG. 7B is a waveform diagram showing a detection signal corresponding to FIG. 7A, and FIG. FIGS. 7A to 7E are waveform diagrams illustrating examples of asymmetric detection signals.

【図8】LIA系のアライメントセンサーによりウエハ
マークの位置を検出する際の原理説明図である。
FIG. 8 is an explanatory view of the principle when detecting the position of a wafer mark by an LIA-based alignment sensor.

【図9】本発明の第2実施例においてW1−EGA方式
で位置合わせを行う際のウエハ上のサンプルショットの
配列を示す平面図である。
FIG. 9 is a plan view showing an arrangement of sample shots on a wafer when performing alignment by a W1-EGA method in a second embodiment of the present invention.

【図10】W2−EGA方式で位置合わせを行う際のウ
エハ上のサンプルショットの配列を示す平面図である。
FIG. 10 is a plan view showing an arrangement of sample shots on a wafer when performing alignment by the W2-EGA method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 水銀ランプ 3 照明光学系 9 メインコンデンサーレンズ R レチクル 13 投影光学系 W ウエハ WS ウエハステージ 15 レーザ干渉計 17 TTL方式のアライメントセンサー 18 主制御系 ESi ショット領域 SA1〜SA9 サンプルショット Mx1 X方向のウエハマーク My1 Y方向のウエハマーク Reference Signs List 1 Mercury lamp 3 Illumination optical system 9 Main condenser lens R Reticle 13 Projection optical system W Wafer WS Wafer stage 15 Laser interferometer 17 TTL type alignment sensor 18 Main control system ESi shot area SA1 to SA9 Sample shot Mx1 Wafer mark in X direction My1 Wafer mark in Y direction

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 予め設定された配列情報に従って基板上
に規則的に配列された複数の被加工領域の各々を、前記
基板の移動位置を規定する静止座標系内の所定の加工位
置に対して順次位置合わせするに当たって、前記複数の
被加工領域の内、予め選択された少なくとも3つの被加
工領域の前記静止座標系上における位置情報を計測し、
該計測された複数の位置情報を統計演算することによっ
て、前記基板上の複数の被加工領域の各々の前記静止座
標系における配列情報を算出し、該算出された複数の被
加工領域の各々の配列情報に従って前記基板の移動位置
を制御することによって、前記複数の被加工領域の各々
を前記加工位置に対して位置合わせする方法において、 前記予め選択された少なくとも3つの被加工領域の前記
静止座標系上における位置情報を計測する際に、前記被
加工領域の測定対象物から得られる計測信号を第1の信
号処理条件で処理して第1の位置情報を求め、 前記第1の位置情報に基づいて、前記予め設定された配
列情報から前記静止座標系上の配列情報を算出するため
の1組の第1変換パラメータを求め、 前記計測信号を、前記第1の信号処理条件とは異なる第
2の信号処理条件で処理して第2の位置情報を求め、 前記第2の位置情報に基づいて、前記予め設定された配
列情報から前記静止座標系上の配列情報を算出するため
の1組の第2変換パラメータを求め、 前記求められた複数組の変換パラメータのうち、何れか
1組の変換パラメータを、所定条件に基づいて選択し、 前記選択された 1組の変換パラメータを用いて、前記基
板上の複数の被加工領域の各々の前記静止座標系上にお
ける配列情報を算出するようにしたことを特徴とする位
置合わせ方法。
1. A method according to claim 1 , further comprising the steps of:
In order to sequentially align each of the plurality of processing regions regularly arranged with respect to a predetermined processing position in a stationary coordinate system that defines the movement position of the substrate, the plurality of processing regions Measuring position information of at least three pre-selected processing regions on the stationary coordinate system,
By statistically calculating the measured plurality of position information , array information in the stationary coordinate system of each of the plurality of processed regions on the substrate is calculated, and each of the calculated plurality of processed regions is calculated. A method of positioning each of the plurality of processing regions with respect to the processing position by controlling a movement position of the substrate according to the array information , wherein the stationary coordinates of the at least three preselected processing regions When measuring position information on a system, a measurement signal obtained from a measurement object in the processing area is used as a first signal.
The first position information is obtained by processing under the signal processing condition, and the predetermined distribution is determined based on the first position information.
To calculate array information on the stationary coordinate system from column information
Is determined, and the measurement signal is converted to a second conversion parameter different from the first signal processing condition.
The second position information is obtained by processing under the signal processing conditions of No. 2 and the predetermined distribution is determined based on the second position information.
To calculate array information on the stationary coordinate system from column information
Is determined, and any one of the plurality of determined conversion parameters is determined.
A set of conversion parameters is selected based on predetermined conditions, and using the selected set of conversion parameters, array information on the stationary coordinate system of each of the plurality of processing regions on the substrate is calculated. A positioning method, characterized in that:
【請求項2】 前記所定条件は、前記1組の変換パラメ
ータ毎に、該変換パラメータを用いて算出された前記静
止座標系上での位置情報と、前記信号処理条件のもとで
計測された位置情報との残留誤差成分を含み、 前記残留誤差成分が最小となるときの前記1組の変換パ
ラメータを選択することを特徴とする請求項1に記載の
位置合わせ方法。
2. The method according to claim 1, wherein the predetermined condition is, for each of the set of transformation parameters, measured under the position information on the stationary coordinate system calculated using the transformation parameters and the signal processing condition. The method according to claim 1, further comprising: selecting a set of conversion parameters when the residual error component is minimized, including a residual error component with position information.
【請求項3】 前記所定条件は、前記1組の変換パラメ
ータと、該変換パラメータの推定値との偏差を含み、 前記偏差の自乗和が最小となるときの前記1組の変換パ
ラメータを選択することを特徴とする請求項1に記載の
位置合わせ方法。
3. The predetermined condition includes a deviation between the set of conversion parameters and an estimated value of the conversion parameter, and selects the set of conversion parameters when the sum of squares of the deviation is minimized. The method according to claim 1, wherein:
【請求項4】 前記選択された1組の変換パラメータの
算出時に用いられた前記位置情報を求めたときの信号処
理条件を記憶することを特徴とする請求項1〜3の何れ
か一項に記載の位置合わせ方法。
4. The apparatus according to claim 1 , wherein a signal processing condition used when calculating the position information used in calculating the selected set of conversion parameters is stored. The alignment method described.
【請求項5】 前記1組の変換パラメータの選択がなさ
れた後に新たに計測された計測信号を、前記記憶された
信号処理条件で処理することを特徴とする請求項4に記
載の位置合わせ方法。
5. The newly measured measurement signal after the selection of the set of transformation parameters is made, the alignment method according to claim 4, wherein the treatment with the stored signal processing conditions .
【請求項6】 前記信号処理条件は、前記計測信号の波
形の処理方法、又は計測に使用すべき回折光の種類を含
むことを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の
位置合わせ方法。
6. The method according to claim 1, wherein the signal processing condition includes a method of processing a waveform of the measurement signal or a type of diffracted light to be used for measurement. Alignment method.
【請求項7】 請求項1〜6の何れか一項に記載の位置
合わせ方法を用いて算出された、前記基板上の複数の被
加工領域の各々の前記静止座標系上の配列情報を用いて
位置合わせがなされた基板上に、所定パターンを転写す
ることを特徴とする露光方法。
7. calculated using the alignment method according to any one of claims 1 to 6, the sequence information on the static coordinate system of each of the plurality of the processing region on the substrate using An exposure method, wherein a predetermined pattern is transferred onto a substrate that has been aligned.
【請求項8】 予め設定された配列情報に従って基板上
に規則的に配列された複数の被加工領域の各々を、前記
基板の移動位置を規定する静止座標系内の所定の加工位
置に対して順次位置合わせするに当たって、前記複数の
被加工領域の内、予め選択された少なくとも3つの被加
工領域の前記静止座標系上における位置情報を計測し、
該計測された複数の位置情報を統計演算することによっ
て、前記基板上の複数の被加工領域の各々の前記静止座
標系における配列情報を算出し、該算出された複数の被
加工領域の各々の配列情報に従って前記基板の移動位置
を制御することによって、前記複数の被加工領域の各々
を前記加工位置に対して位置合わせする装置において、 前記予め選択された少なくとも3つの被加工領域の前記
静止座標系上における位置情報を計測する際に、前記被
加工領域の測定対象物から得られる計測信号の信号処理
条件を種々に変えて、前記被加工領域に関する前記位置
情報を計測する計測手段と、 前記計測手段により前記信号処理条件毎に計測された前
記位置情報と、前記予め設定された配列情報とに基づい
て、前記予め設定された配列情報から前記静止座標系上
の配列情報を算出するための1組の変換パラメータを、
前記信号処理条件毎に算出する第1演算手段と、 前記算出された複数組の変換パラメータのうち、何れか
1組の変換パラメータを、所定条件に基づいて選択する
選択手段と、 前記選択された1組の変換パラメータを用いて、前記基
板上の複数の被加工領域の各々の前記静止座標系上にお
ける配列情報を算出する第2演算手段とを有することを
特徴とする位置合わせ装置。
8. A plurality of regions to be processed regularly arranged on a substrate in accordance with predetermined arrangement information, each of the plurality of regions to be processed being moved with respect to a predetermined processing position in a stationary coordinate system defining a movement position of the substrate. In sequentially aligning, the position information on the stationary coordinate system of at least three pre-selected processing regions among the plurality of processing regions is measured,
By statistically calculating the measured plurality of position information, array information in the stationary coordinate system of each of the plurality of processed regions on the substrate is calculated, and each of the calculated plurality of processed regions is calculated. An apparatus for positioning each of the plurality of processing regions with respect to the processing position by controlling a movement position of the substrate according to the arrangement information, wherein the static coordinates of the at least three preselected processing regions When measuring the position information on the system, by variously changing the signal processing conditions of the measurement signal obtained from the measurement target of the processing area, measuring means for measuring the position information about the processing area, Based on the position information measured for each of the signal processing conditions by the measuring unit and the preset array information, A set of transformation parameters for calculating the sequence information on stop coordinate system,
A first calculating unit that calculates for each of the signal processing conditions; a selecting unit that selects any one set of conversion parameters from the calculated plurality of sets of conversion parameters based on a predetermined condition; A second calculating means for calculating array information on the stationary coordinate system of each of the plurality of processing regions on the substrate using a set of conversion parameters.
【請求項9】 前記所定条件は、前記1組のパラメータ
毎に、該変換パラメータを用いて算出された前記静止座
標系上での位置情報と、前記信号処理条件のもとで計測
された位置情報との残留誤差成分を含み、 前記選択手段は、前記残留誤差成分が最小となるときの
前記1組の変換パラメータを選択することを特徴とする
請求項8に記載の位置合わせ装置。
9. The predetermined condition includes, for each of the set of parameters, position information on the stationary coordinate system calculated using the conversion parameters, and a position measured under the signal processing conditions. 9. The positioning apparatus according to claim 8, further comprising a residual error component with information, wherein said selecting means selects said set of conversion parameters when said residual error component is minimized.
【請求項10】 前記選択手段に選択された前記1組の
変換パラメータに関して使用されていた前記信号処理条
件を記憶する記憶手段を有し、 前記選択手段による前記1組の変換パラメータの選択後
に前記計測手段により新たに計測された計測信号を、前
記記憶手段に記憶された前記信号処理条件で処理するこ
とを特徴とする請求項9に記載の位置合わせ装置。
10. a storage means for storing the signal processing conditions were used with respect to the set of transformation parameters selected in the selecting means, wherein after selection of said set of transformation parameters by the selection means 10. The positioning apparatus according to claim 9, wherein a measurement signal newly measured by the measurement unit is processed under the signal processing condition stored in the storage unit.
【請求項11】 請求項8〜10の何れか一項に記載の
位置合わせ装置により算出された、前記基板上の複数の
被加工領域の各々の前記静止座標系上の配列情報を用い
て位置合わせがなされた基板上に、所定パターンを転写
することを特徴とする露光装置。
11. A position using the array information on the stationary coordinate system of each of the plurality of processing regions on the substrate, which is calculated by the positioning device according to claim 8. An exposure apparatus for transferring a predetermined pattern onto a aligned substrate.
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